李星

2013年小岞杜厝海域赤潮發(fā)生過程分析

李星

（福建省海洋預報臺，福建福州350003）

針對2013年5月15—17日發(fā)生在小岞、杜厝海域的2起赤潮過程，利用觀測資料、數(shù)值模擬等方法，從氣象、水文、水質等方面分析其發(fā)生及消亡原因。本文分析了赤潮發(fā)生前后事發(fā)附近海域的天氣形勢，氣溫、氣壓、濕度等氣象資料的變化情況，同時結合浮標實測中水溫、流向等水文資料，并利用數(shù)值模擬方法模擬該時段內(nèi)風力、風向的變化，得出以下結論。（1）赤潮發(fā)生前副高北抬，南海夏季風爆發(fā)，此種天氣形勢帶來了西南暖濕空氣，氣溫、水溫持續(xù)升高，風浪較小，在這種高溫、高濕、無風浪的條件下，促進藻類繁殖，在小岞附近海域發(fā)生赤潮；（2）赤潮發(fā)展旺盛期內(nèi)，出現(xiàn)陣性降水，偏南風風力明顯增大，強勁的西南風造成水體不穩(wěn)定，可能是造成藻種演替的原因；另外在杜厝新增一處赤潮區(qū)，推測可能由于西南風造成的藻種漂移。

赤潮；天氣形勢；水文條件；數(shù)值預報

1 引言

近幾年來，我國沿海赤潮頻發(fā)，給沿海地區(qū)的養(yǎng)殖業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟損失，同時赤潮的發(fā)生對水體生態(tài)環(huán)境和濱海旅游業(yè)等構成了嚴重的影響。隨著我國沿海地區(qū)工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的迅速發(fā)展，大量的工農(nóng)業(yè)廢水和生活污水排入大海，氮磷元素的升高導致局部海域水體富營養(yǎng)化[1]。水體富營養(yǎng)化是赤潮發(fā)生的重要基礎，為赤潮生物的繁殖提供了優(yōu)良的環(huán)境。赤潮的發(fā)生是生物、化學、水文、氣象等因子綜合影響的結果[2-4]。

福建沿海是赤潮多發(fā)海區(qū)，在福建沿岸海域引發(fā)赤潮的種類有27種[5]，經(jīng)常引發(fā)赤潮的種類有硅藻門的中肋骨條藻、角毛藻，甲藻門的夜光藻、東海原甲藻、米氏凱倫藻、裸甲藻和金藻門的球形棕囊藻等[6]。潛在的赤潮生物種有124種，硅藻以近岸種為主，甲藻以近岸性暖溫種占多數(shù)[7-8]。2000年以前，福建沿岸海域引發(fā)赤潮頻率最高的藻種是夜光藻，而從2001—2012年的統(tǒng)計結果來看，東海原甲藻引發(fā)赤潮的頻率已經(jīng)超過夜光藻。

2013年福建省海域共發(fā)生7起赤潮，累計面積155.8 km2，均為無毒赤潮。赤潮發(fā)生起數(shù)較少，面積較小，未造成直接經(jīng)濟損失。在泉州海域發(fā)生了2起赤潮，且出現(xiàn)了近十年未出現(xiàn)過的短角彎角藻赤潮[9]和該海域歷史記載中從未出現(xiàn)過的丹麥細柱藻赤潮，并且在三天內(nèi)出現(xiàn)了藻種演替和區(qū)域的變化。本文針對該海域2起赤潮生消過程的原因進行分析。

2 福建泉州海域赤潮概況

在2001—2012年間，福建沿海共發(fā)生赤潮183起，其中在泉州海域發(fā)生9起，除了2003年4月發(fā)生1起海鏈藻赤潮，2007年8月發(fā)生1起中肋骨條藻赤潮，其余7起赤潮集中在5—6月發(fā)生。近兩年來，泉州海域發(fā)生赤潮次數(shù)增多，2012年發(fā)生了2起有毒的米氏凱倫藻赤潮，造成了當?shù)?700多萬的損失。江興龍[10]等人于2006年對泉州灣赤潮的藻類優(yōu)勢種演替進行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)泉州灣的優(yōu)勢種有中肋骨條藻、太平洋海鏈藻、微小原甲藻、尖刺擬菱形藻、丹麥細柱藻及旋鏈角毛藻等，而水質營養(yǎng)鹽含量和組成結構的變化，會引起藻類優(yōu)勢種的演替。

泉州海域由于是開放性海域，水交換條件相對較好，赤潮發(fā)生起數(shù)較少，并且持續(xù)時間均不長，從統(tǒng)計結果來看，泉州海域赤潮發(fā)生的持續(xù)時間基本在7天之內(nèi)，大部分赤潮持續(xù)天數(shù)在2—4 d，發(fā)生面積普遍不大，最大的一次是2006年在崇武半島東部和南部海域發(fā)生了200 km2赤潮。

2013年福建沿海發(fā)生的7起赤潮事件中，總數(shù)跟常年比是較少的，其中有6起集中發(fā)生在5月份。從5月份的多年平均500 hPa高度場看來（見圖1），5月份中高緯地區(qū)等壓線較平直，南支槽有所發(fā)展，副高中心位于西北太平洋上，但開始西伸北跳，對應東北季風逐漸轉變成西南季風，干冷空氣隨之被暖濕空氣取代。此時，海表溫度開始迅速升高，從5月份的多年SST場來看（見圖2），福建沿海的等溫線自北向南逐漸增加，平均溫度在25—26℃，南北溫差約在1.5℃左右。

2013年5月的海表溫度距平場中顯示，福建近海是比常年略偏暖的，而在沿海地區(qū)情況復雜一些。在福州以北沿海，海表溫度較常年偏高，而福州以南則是偏低，因此在5月發(fā)生的6起赤潮中，福州以北占4起。在福州以南沿海的海表溫度比常年略偏低0.1℃，所以2013年在此區(qū)域發(fā)生的赤潮事件較少，僅有的2起赤潮即本文要分析的5月15—17日泉州海域赤潮。

圖1 5月多年平均500 hPa高度場

3 資料介紹

赤潮現(xiàn)場應急監(jiān)測數(shù)據(jù)：赤潮發(fā)生期間一天監(jiān)測一次定點采樣，15日采樣時間為傍晚，16—18日采樣時間為上午10時。監(jiān)測參數(shù)包括天氣、水溫、pH值、鹽度、溶解氧等，15日初次監(jiān)測有提供化學需氧量、溶解氧飽和度、活性磷酸鹽、亞硝酸鹽、硝酸鹽、氨、活性硅酸鹽等。

生態(tài)浮標實時監(jiān)測數(shù)據(jù)：浮標數(shù)據(jù)的頻率為1 h一次，泉州1號浮標位于距離赤潮發(fā)生區(qū)域30 km的泉州灣內(nèi)，泉州2號浮標距離赤潮發(fā)生區(qū)域10 km。兩個生態(tài)浮標監(jiān)測的要數(shù)不同，泉州1號浮標監(jiān)測水溫、鹽度以及水質（溶解氧、葉綠素濃度、pH值等）要素資料，泉州2號浮標監(jiān)測氣溫、濕度、流向等氣象、水文要素資料。

模式初始場數(shù)據(jù)：由于赤潮發(fā)生海域缺乏風力、風向的監(jiān)測設備，本文采用美國新一代非靜力平衡、高分辨率的中尺度數(shù)值模式WRF(Weather Research Forecasting)[11]進行模擬，數(shù)值模式采用三層嵌套，最小網(wǎng)格的水平分辨率為6.7 km。初始場和邊界場均使用FNL全球再分析資料，資料空間分辨率為1°×1°，時間間隔為6 h。

圖2 5月多年平均SST場（實線）和2013年5月距平場（虛線）

4 赤潮過程分析

赤潮發(fā)生事件是赤潮生物異常增殖的結果，需要水文、氣象等多個方面同時達到適宜的條件才會發(fā)生。根據(jù)吳瑞貞[12]的研究，利于赤潮發(fā)生發(fā)展的有利條件包括：在適宜的溫壓范圍內(nèi)，有較長時間的穩(wěn)定天氣形勢能提供有利的環(huán)境條件；海溫、氣溫連續(xù)逐日升高，氣壓連續(xù)逐日下降、海溫和氣溫的平均值無較大差別則有利于赤潮的發(fā)生和持續(xù)。

而赤潮的消亡過程是與發(fā)生發(fā)展相反的過程，首先出現(xiàn)激烈的溫壓變化會使赤潮的生存環(huán)境變得惡劣，其次張玉宇[13]等人的研究表明，受特殊系統(tǒng)影響，出現(xiàn)降雨、降溫、升壓和風向轉換會造成赤潮消亡。馬毅[14]等人通過進一步分析利于赤潮消亡條件，發(fā)現(xiàn)除以上水文氣象條件變化，赤潮生物自身適應性、多種生物相互作用、水體營養(yǎng)物質含量降低、水溫氣溫過高、氣壓過低同樣抑制赤潮發(fā)展。

4.1惠安縣小岞和杜厝海域赤潮情況

2013年5月15日，惠安縣小岞東山村附近海域（24°58′56.6″N、119°00′39.3″E）海水水色出現(xiàn)異常，疑似發(fā)生了赤潮（見圖3）?，F(xiàn)場監(jiān)測時海水顏色呈淺綠透明偏黑，無明顯氣味。經(jīng)采樣分析，海水中藻類優(yōu)勢種為丹麥細柱藻(Leptocylindrus danicus)，無毒性，最高細胞密度為9.40×105個/升（赤潮發(fā)生基準密度為2.0×105個/升）。16日小岞附近海域海水顏色比15日顏色略淺，水體呈黃綠色，赤潮面積約為2.3 km2。赤潮生物優(yōu)勢種丹麥細柱藻最高細胞密度下降為2.13×105個/升。

5月17日，小岞海域附近海水水色為淺綠色，面積仍為2.3 km2，但赤潮優(yōu)勢種轉變?yōu)槎探菑澖窃?Eucampia zodiacus)，無毒，最高細胞密度為3.35× 105個/升。另外，在凈峰杜厝村（25°01′49.5″N、119° 00′18.8″E）附近海域也發(fā)生赤潮，海水水色為淺綠色，赤潮面積約為1.5 km2，赤潮生物優(yōu)勢種也為短角彎角藻，最高細胞密度為2.1×105個/升。

18日上午，小岞海域附近海水水色呈淺綠色，生物優(yōu)勢種演變?yōu)樾溄敲?，但最高密度并未超過赤潮發(fā)生基準值，該海域赤潮消亡。杜厝附近海域短角彎角藻最高密度下降到赤潮發(fā)生基準密度一下，赤潮也消亡。

4.2小岞杜厝海域氣象、水文、水質監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

從現(xiàn)場應急結果來看（見表1），5月15—18日赤潮發(fā)生時間段內(nèi)，水溫緩慢上升，監(jiān)測時段水溫在22.8℃左右，18日，水溫升至23.4℃。發(fā)生赤潮期間的pH值比正常值稍大，期間數(shù)值變化不大。鹽度有略微增大的趨勢，溶解氧在16日明顯有所增大，可以初步判斷赤潮在16日達到旺盛期?，F(xiàn)場監(jiān)測要素數(shù)據(jù)如表1。

4.3天氣形勢分析

5月15日開始，2013年西南季風爆發(fā)且進占福建，東亞環(huán)流為兩槽一脊（圖略），西太副高醞釀北跳，17日，福建沿海位于脊后槽前，副高北沿已壓過臺灣海峽南部，呈帶狀分布。在南海，西南季風爆發(fā)，它與副高邊緣暖濕氣流一起，影響中國華南和江南。

表1 水文、水質現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)

圖3 發(fā)生赤潮區(qū)域位置（粉紅色為小岞赤潮，大紅色為杜厝赤潮）

從地面形勢來看（見圖4），15日在西南熱低壓的倒槽上，一個江淮氣旋正在逐漸形成，讓西南暖濕氣流的北上更加有力。與它相關的大范圍強降水云系在中南地區(qū)集結，在云系東移的過程中，西南季風帶來的充足水汽將給福建帶來些降水。

因此，15日泉州以陰天為主，后期開始有陣性降水，降水持續(xù)到16日，并伴有雷暴等強對流天氣，此種天氣形勢對赤潮的維持是不利的。但降水之后，水體經(jīng)垂直混合，營養(yǎng)成分增加，且空氣濕度大，此時又有利于赤潮的發(fā)生發(fā)展。17日，江淮氣旋東移至臺灣島以東洋面，此時臺灣海峽內(nèi)的風向由偏南轉為偏北風，無降水。

4.4氣象條件分析

馬毅[14]等研究表明日平均氣溫連續(xù)下降2℃導致的赤潮消亡事件占總數(shù)的36.6%，由于降雨現(xiàn)象導致的消亡占42.7%，并且當氣溫高達28℃以上，赤潮的消亡也會加快。

圖4 地面實況填圖（引自：韓國氣象廳）

圖5 泉州2號生態(tài)浮標5月13—18日氣溫、氣壓變化曲線

張春桂[15]等人在研究赤潮災害與氣象要素的關系時發(fā)現(xiàn)，對于福建中、北部沿海，氣溫適宜、風力較小、持續(xù)的降雨或者陰天的天氣有利于赤潮的發(fā)生，而對于南部沿海，天氣晴熱、濕度大、氣壓較低時有利于赤潮的發(fā)生。

圖5為小岞、杜厝海域赤潮發(fā)生前后的氣壓和氣溫變化情況，在赤潮發(fā)生前兩日，即5月13—14日，氣壓持續(xù)下降，氣溫持續(xù)升高，上升幅度為每天1℃左右，日平均氣溫從23.2℃升高至24.3℃，發(fā)展為最適宜赤潮發(fā)生發(fā)展的溫度，15日爆發(fā)赤潮。此后連續(xù)兩天日平均氣溫維持在24℃左右，且晝夜溫差不大，氣壓值略有降低，赤潮維持。在17日的中午時段，氣溫高于28℃，且出現(xiàn)較大的晝夜溫差，日平均氣溫繼續(xù)升高，根據(jù)赤潮消亡條件判斷，氣溫狀況已不適宜赤潮繼續(xù)維持，赤潮進入消亡階段。

圖6 泉州2號生態(tài)浮標5月13—18日相對濕度變化曲線

圖7 5月13—18日小岞杜厝海域風力、風向模擬結果

從相對濕度的情況來看（見圖6），在赤潮發(fā)生前后，泉州海域濕度都較高，為藻類繁殖提供了潮濕的環(huán)境。在赤潮發(fā)生前，受日照影響，中午前后相對濕度較小，最小值低于70%，而夜晚濕度則迅速增大。直至5月15日，受天氣系統(tǒng)影響，暖濕氣流北上，帶來降水，泉州2號浮標附近濕度基本維持在90%以上，赤潮爆發(fā)性繁殖，進入旺盛期。17日伴隨天氣轉好，白天降水減少氣溫升高，濕度降低至70%，不利于赤潮維持，赤潮進入消亡期。

由于事發(fā)海域附近浮標沒有監(jiān)測風力、風向要素，采用WRF數(shù)值模擬方法得到該海域的風場。WRF對于風場的模擬效果已得到廣泛認可，本人在對江蘇沿海的風場研究中[16]也驗證過WRF對于有系統(tǒng)影響下的沿海風場模擬結果較好。故利用fnl全球再分析資料作為初始場和邊界場，模擬得出小岞、杜厝附近海域的風力風向。結果顯示（見圖7），從14日開始，在小岞、杜厝附近海域由東北風轉為偏東風，14日夜里轉為偏南風，之后偏南風持續(xù)了近三天，17日后期轉為偏北風。從風力來看，15日之前在弱東北季風影響下，泉州附近海域的風力為3—4級，其后受地面倒槽發(fā)展影響，隨風向的轉變風力也開始加強，逐漸轉變?yōu)檩^強的偏南風，一般強盛的西南暖濕氣流對藻種的繁殖有推波助瀾的作用。

在偏南風盛行的三天內(nèi)，正是赤潮發(fā)生至旺盛期。16日中午平均風力超過6級，過大的風力可能會對赤潮發(fā)展帶來不利，使赤潮進一步發(fā)展受到抑制。從17日上午的監(jiān)測結果來看，小岞附近海域的優(yōu)勢藻種已經(jīng)從丹麥細柱藻轉變?yōu)槎探菑澖窃?，且細胞密度僅略超基準密度，因此可以推斷丹麥細柱藻在風力較大時不利于發(fā)展維持，濃度降低。同時值得注意的是，在距離小岞不遠的杜厝海域也出現(xiàn)了短角彎角藻赤潮，短角彎角藻近10年內(nèi)都沒有在福建海域出現(xiàn)過，而且杜厝和小岞距離不足6 km，在如此近的兩處同時出現(xiàn)不常見的赤潮種，極有可能是強勁西南風帶動孢子隨風飄散的結果，由此可見風向和風力對赤潮的影響較明顯。

圖8 泉州2號表層流向頻率圖

4.5水文條件分析

此次赤潮發(fā)生在春末夏初，近岸水溫有所回升，等溫線大致與岸線平行，但依舊北低南高。據(jù)40年實測流資料統(tǒng)計[17]，臺灣海峽在5月份的表層水均一致地由西南向東北流，流速在0.3—1.5n mile/h。

實況監(jiān)測顯示，在赤潮發(fā)生前，泉州海域表層水溫穩(wěn)定波動，在22—24℃之間，此水溫非常適合赤潮藻類的生長繁殖。17日開始，泉州海域的表層水溫升溫幅度超過2℃，在中午時段達到25℃，劇烈的水溫變化對藻類生長不利，赤潮進入消亡階段，說明水溫在一定程度上對于此次赤潮的消亡起到推動作用。

5月14—18日，泉州海域鹽度是一個緩慢下降的過程，鹽度往往與海流的流向關系密切。圖8為赤潮發(fā)生前后，泉州海域的表層流向玫瑰圖。在13日的赤潮發(fā)生前，海表流向以北方來的冷水流為主，海流條件對赤潮發(fā)展不利。但從14日開始，明顯可以看到海流出現(xiàn)轉向，向南流出現(xiàn)的時次減少，向北流出現(xiàn)的頻率增加，海流由向南流轉為向北流，此時為暖水流，有利于赤潮的發(fā)生發(fā)展。15—16日向東北流最為明顯，15日的向東北流出現(xiàn)頻率超過50%，16日開始向北流和向東流出現(xiàn)頻率消失，向東北流集中出現(xiàn)，此時溫暖潮濕的東北流帶來適宜的水溫，藻種進入新一輪的發(fā)展旺盛期，并在距離小岞不足6 km的杜厝村附近海域生成新的赤潮區(qū)，從海流流向分析來看，不排除杜厝附近赤潮的藻種源是從小岞漂移過去的；17日起，受江淮氣旋東移影響，風向轉向，西南流重新占據(jù)泉州海域，赤潮進入消亡期。

利用福建省海洋預報臺自主研發(fā)的漂移物漂移動態(tài)預報模式對此次赤潮藻種的漂移路徑做出模擬。以5月15日20時設為初始點，模擬在24h內(nèi)小岞海域的藻類孢子漂移軌跡（見圖9）。從模擬軌跡可以看出來，如果小岞赤潮藻類的孢子會隨海流漂移，那孢子將持續(xù)北上，并將經(jīng)過杜厝附近海域。因此，在杜厝海域17日發(fā)生的一起短角彎角藻赤潮，有理由認為是由小岞赤潮生物種隨海流漂移而來。

圖9 2013年5月15日20時軌跡漂移模擬

圖10 泉州1號生態(tài)浮標5月14—18日葉綠素濃度、溶解氧變化曲線

4.6水質條件分析

影響丹麥細柱藻赤潮生物細胞總量的關鍵因子主要有pH、葉綠素a、水色、DO、活性磷酸鹽、COD以及透明度，其中與活性磷酸鹽呈負相關，與其余因子均呈正相關[18]。

在赤潮發(fā)生時往往能在水質監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)高葉綠素濃度、pH值、高溶解氧現(xiàn)象，這是由于大量的浮游植物光合作用的結果。因此若檢測到pH值和溶解氧出現(xiàn)升高，說明浮游植物在迅速生長，有可能發(fā)展成為赤潮，這對赤潮的預報有重要意義。

此次小岞、杜厝赤潮在發(fā)生時，現(xiàn)場監(jiān)測結果顯示pH值和溶解氧都明顯高于正常水平。泉州1號生態(tài)浮標顯示（見圖10），在每日上午開始，溶解氧和葉綠素濃度都開始升高，午后時段達到峰值，這是藻類光合作用的結果。特別是在赤潮剛發(fā)生之日，即5月15日午后的溶解氧和葉綠素濃度同時達到最高值，但從17日開始，此后幾日午后峰值的數(shù)值呈現(xiàn)出下降趨勢，說明16日赤潮藻種濃度達到最大，17日逐漸開始消亡。

5 總結

此次小岞、杜厝赤潮發(fā)生在5月中旬，水文氣象條件都非常適宜，優(yōu)勢藻種為丹麥細柱藻和短角彎角藻，無毒性。此次赤潮過程經(jīng)歷了快速生消和藻種演替，甚至可能出現(xiàn)了漂移生長。

經(jīng)對事發(fā)地附近海域的氣象、水文和水質等要素的分析顯示，15日副高呈帶狀分布，而后北抬，地面倒槽發(fā)展，同時南海夏季風爆發(fā)。此種天氣形勢使得在赤潮發(fā)生前，氣溫、水溫持續(xù)升高，風向、流向從東北轉為西南，西南暖濕氣流帶來充足的水汽，而此時無較大風浪作用，在這種高溫、高濕、風浪小的條件下，赤潮繁衍加速進行，藻類濃度超過基準密度，爆發(fā)赤潮。15—16日是赤潮發(fā)展旺盛期，氣溫、水溫穩(wěn)定在最適宜溫度；西南氣流帶來高濕空氣，并伴隨陣性降水，濕度穩(wěn)定在90%。16日中后期強勁的西南風除了會對赤潮發(fā)展帶來不利因素，同時可能對孢子類浮游生物的繁殖區(qū)域造成遷移，這也是對17日監(jiān)測結果中，除了優(yōu)勢藻種的演變還有新增發(fā)生赤潮區(qū)域的合理推測。17日，隨著氣溫、水溫變化劇烈，風向、流向恢復為東北向，此次赤潮在發(fā)生兩天后進入了消亡期。

除了各要素的不利影響，赤潮的消亡還考慮地面倒槽發(fā)展成為氣旋出海，使得水體劇烈變化，促進了赤潮的消亡。對于水質對赤潮的影響，本文由于缺乏有效數(shù)據(jù)資料，并無深入探討，有待日后進一步研究。

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Analysis on the process of the harmful algal bloom in Xiaozuo and Ducuo sea area in 2013

LI Xing
（Fujian Marine Forecasts,Fuzhou 350003,China）

The reason of the occurrence and disappearance of the harmful algal bloom in Xiaozuo and Ducuo sea area during May 15th-17th2013 is discussed by using observation data and numerical simulation methods,in terms of meteorology,hydrology,water quality and other aspects.According to water temperature,flow direction and other hydrological data measured by buoys,and the variation of wind speed and wind direction from numerical simulation results,the variation of weather,temperature,air pressure,humidity and other meteorological data before and after the process are analyzed.The results are as follows:(1)With the subtropical high moving northward and summer monsoon onset in the South China Sea,the southwest warm wet air makes both the air temperature and water temperature rise,and the wave smaller.The situation of such high temperature, high humidity and small wave is favorable for algal bloom in Xiaozuo area.(2)During the strong development of algal,strong southwesterly wind causes water unstable when showery precipitation occurs and southwest wind increases significantly,which is probably the reason of the succession of dominant algal species.In addition,the new area of algal bloom in Ducuo sea area is probably due to the southwesterly wind which causes the algae drift.

red tide；weather situation；hydrological conditions；numerical simulation

X55

A

1003-0239（2014）04-0068-09

10.11737/j.issn.1003-0239.2014.04.010

2014-04-01

國家科技支撐項目(2013BAB04B00)；福建省科技計劃重點項目(2011Y0004)

李星(1987-)，女，助理工程師，主要從事海洋氣象預報工作。E-mail：lixing100710@163.com