北黄海冷水团对悬浮体物质组成和沉积环境的影响机制

发布时间：2020-05-23 00:32

【摘要】：为了分析冷水团的沉积环境及其对悬浮体物质组成、结构特征和输运、沉积过程的影响,于2016年1月(冬季)和7月(夏季)搭载“东方红2”科学考察船对北黄海进行数据资料和样品的采集,期间利用SBE9plus11型CTD和LISST-100X(C)型激光粒度仪对包括34个夏季站位、30个冬季站位在内的大面站进行了现场观测,获取了水体温度、盐度、浊度、荧光叶绿素浓度和悬浮体体积浓度、粒度的剖面连续数据。另外,在两条穿过冷水团的典型断面(夏季,断面D、E)采集了表、中、底层悬浮体样品,将其在实验室分散、去有机质后分别测量了悬浮体单体颗粒和无机颗粒的浓度、粒度数据,并且利用显微镜初步鉴定了悬浮体的主要存在形式。根据以上资料探讨了冷水团动力环境、北黄海悬浮体分布特征及其影响因素、冷水团对悬浮体特征、输运、沉积过程的影响机制等问题。北黄海冬、夏季温、盐分布显示,冬季水体垂向混合均匀,而夏季水体层化强烈。夏季鲁北沿岸为冬季残留的相对高盐水,鲁北沿岸流消失,在其外侧有自渤海经海峡中部流向北黄海中西部的低盐水,研究区东部存在由南黄海向西北进入北黄海的高盐水,二者与辽南沿岸流在表层形成向北黄海中部汇聚的气旋式环流。中部海域下层大部分区域被冷水团占据,冷中心(5.97℃)位于122°E,38.5°N附近。夏、冬季温、盐数据的欧氏距离计算结果证实了前人对冷水团垂向环流的模拟结果,即冷水团边缘锋区和冷中心为上升流,两者中间区域为微弱的下降流。夏季蓬莱、成山头近岸的强潮流区存在显著的潮汐锋。北黄海悬浮体在冬、夏季的分布特征有显著差异,风浪、环流、潮汐锋以及跃层是影响悬浮体分布的主要因素。冬季,受较强的风浪、环流影响,底质沉积物再悬浮强烈,而夏季下层水体被冷水团控制,再悬浮作用较弱,导致冬季悬浮体浓度显著高于夏季。与冬季相比,悬浮体浓度、平均粒径均呈现明显层化,平均粒径在跃层上较高,跃层下较低,而在跃层附近最高,显示出跃层不仅阻碍下层物质向上扩散,还会降低上层沉降颗粒沉速,促进沉降颗粒在跃层附近聚集成大颗粒;另外,跃层为浮游植物的生长提供了适宜的环境,跃层附近丰富的浮游植物量可促进细颗粒聚集成为大颗粒。沿岸高浊度水体在上层被潮汐锋限制,在下层被冷水团边缘锋面阻碍,均不能直接进入北黄海中部。蓬莱近岸和成山头近岸两个悬浮体高值区在冬、夏季都存在,并且显示出由成山头沿西北方向扩散的趋势,指示出冬、夏季悬浮体均在潮流作用下向北黄海中部输运。北黄海夏季悬浮体以大颗粒为主,按粒径特征可分为小型(32μm),中型(32-256μm)以及大型颗粒(256μm)三类。大型颗粒以生源物质为主,是表、中层悬浮体的主要部分,包括胶状物质粘连小颗粒形成的颗粒聚集体以及浮游生物单体;中型颗粒体积浓度在底层最高,由再悬浮的细颗粒物质在水体中絮凝而成。沿岸水体以及冷水团内不同区域的悬浮体性质有显著差异,这主要与冷水团导致的动力环境差异和生物活动有关:其内部强潮流区,悬浮体有机质含量较低、剪切力较强,致使絮团粒径较小(128μm),结构较紧实;而冷中心附近底层悬浮体中有机质含量较高、动力环境较弱,促进了粒径较大的絮团形成(128μm),其结构较松散;鲁北沿岸底部水体环境虽然也有较强的剪切力,但其再悬浮的细颗粒较多,有机质含量较高,大絮团在强动力下破碎的同时也有新的大絮团形成,使悬浮体中粒径较大和较小的絮团共存。另外,烟台-威海中段近岸的冷水团边缘,由于潮流较弱,又有较强上升流减缓细颗粒物质沉速,促进大絮团的形成,从而使该区域底层悬浮体中絮团粒径显著大于其他区域。北黄海冷水团的环流、动力环境对陆源物质的输运和沉积有重要作用。浊度的断面分布显示,沿岸水体受陆架潮汐锋阻碍难以直接向北黄海中部扩散。但是,潮汐锋区浊度的剖面分布在跃层附近出现小峰值,指示出锋区受潮混合影响而再悬浮的沉积物在上升流和跃层附近离岸流的共同作用下向冷水团内部扩散的过程。底层无机颗粒浓度、粒度分析结果显示,夏季水体运移的陆源物质主要为粒径64μm的细颗粒。无机颗粒体积浓度在底层的分布由成山头西北近岸的强潮流区向北黄海中部降低,在位于弱潮流区的冷中心附近最低,显示出沿岸物质在潮流作用下向冷水团中部输运的过程。其最大粒径与体积浓度变化一致,显示出沿岸物质向冷水团中部输运过程中粗、细颗粒先后沉降的分选过程。现场悬浮体沉降速率的计算结果显示,细颗粒主要通过絮凝过程沉积。在冷水团内部,悬浮体的静水沉降速率在成山头西北的强潮流区较低、在冷中心和烟台-威海中段近岸的锋区较高。加之成山头西北区域的潮流较强,湍流扰动使悬浮体实际沉降速率更低,因此,在冷水团环流结构影响下,细颗粒向冷中心汇聚,并在冷水团提供的弱动力环境中通过絮凝加速沉积。北黄海冷水团对细颗粒输运、沉积过程的影响显示,其对泥质沉积区的形成有重要作用。
【图文】：

分布图,北黄海,水深,分布图

位于中国大陆与朝鲜半岛之间，分为南、北两部分（何起祥等以山东半岛东部的成山头与朝鲜半岛长山串连线为界，北黄北，被朝鲜半岛、辽东半岛和山东半岛包围，西部通过渤海面积 7.1 万 km2，平均水深为 38 m，在与南黄海交界处较深80 m。北黄海有四个地貌单元：辽南岸坡、山东半岛岸坡与台沙脊群和北黄海中部平原（刘锡清等, 1987）。辽南岸坡在水0 m有两级阶地，从鸭绿江口延伸至老铁山岬。山东半岛岸坡一直延伸到成山角近岸，近岸陡窄，坡脚水深 10-15m，向m的台地。台面水深 10-30 m，其外部台坎水深约 30-50 m，宽约 1，地形平坦，微向南倾斜（何起祥等, 2006）。其西侧的渤海庙岛群岛，，群岛主要位于海峡中段和南段。在群岛和礁石之冲刷的沟槽，最深的就是海峡北端的老铁山水道，宽约 9 km m，其底部鲜见沉积物，以砾石和出露的基岩为主。

示意图,北黄海,环流,沿岸流

主要由辽南沿岸流、鲁北沿岸流（臧家业等，20094; Hu, 1994）构成（图 2.2）。辽南沿岸流由鸭绿江，经老铁山水道流入渤海，其流向终年不变；鲁北半岛近岸向东流，冬季在强劲的北风强迫下较强，南黄海，夏季减弱甚至消失（鲍献文等, 2009）；黄北流动侵入北黄海，夏季衰退，不再进入北黄海（08）。北黄海冬、夏季环流结构存在显著差异。冬季，北黄海流场在表、底层基本一致，整体上均呈逆要由辽南沿岸流、鲁北沿岸流和黄海暖流构成。而有较大差别。上层环流较强，仍呈一气旋式环流，盖，环流微弱（Luet al., 2011）。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院海洋研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P736.21;P731.16

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