李禹輝，邱 云，3*，楊龍奇，胡建宇，3

(1.自然資源部第三海洋研究所，福建 廈門 361005；2.廈門大學(xué)近海海洋環(huán)境科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、海洋與地球?qū)W院，福建 廈門 361102；3.南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室(珠海)，廣東 珠海 519082)

大亞灣位于南海北部，是廣東省東南部一個(gè)半封閉淺水灣，平均水深約為10 m，灣口海域?qū)掗?。大亞灣受東亞季風(fēng)控制，6—8月為西南季風(fēng)期，10月至翌年3月為東北季風(fēng)期，其他月份為季風(fēng)轉(zhuǎn)換期[1]。溫度和鹽度作為基本海洋水文要素，是海洋生物活動(dòng)的重要影響因子[2-3]，其在大亞灣海域的溫鹽分布特征也因此成為海洋學(xué)研究的熱點(diǎn)問題之一。曾剛等(1991)利用1986—1987年大亞灣生態(tài)零點(diǎn)調(diào)查中的實(shí)測(cè)資料，討論了大亞灣海水溫度時(shí)空分布，指出了溫度分布整體上呈現(xiàn)從灣內(nèi)向?yàn)晨跍p小、西岸高于東岸的特征，且表、底層溫度年變化趨勢(shì)相似[4]；張炳楷等(1990)利用同一時(shí)期的溫鹽資料分析了大亞灣海水溫度、鹽度的季節(jié)變化特征，其研究表明夏季(特別是7、8月份)在大辣甲附近存在一個(gè)由底層冷水向上涌升而形成的低溫高鹽中心[5]；李立等(1990)指出該涌升水源來自南海次表層的冷水[6]。外海高鹽冷水入侵還導(dǎo)致了灣內(nèi)5—10月出現(xiàn)較強(qiáng)的季節(jié)性溫躍層[7-8]。張炳楷(1992)通過對(duì)比1987年與1989年大亞灣溫鹽結(jié)構(gòu)的差異，發(fā)現(xiàn)夏季南海次表層冷水入侵大亞灣的跡象十分明顯，但不同年份入侵流在灣內(nèi)大辣甲附近誘導(dǎo)的涌升水強(qiáng)度有所差異[9]。

近年來，隨著大亞灣核電站和嶺澳核電站的建成運(yùn)營(yíng)，這兩個(gè)核電站的溫排水對(duì)灣內(nèi)水溫的時(shí)空分布特征產(chǎn)生了一定的影響，進(jìn)而成為影響研究海域生態(tài)環(huán)境的重要因素[10]。大亞灣核電站和嶺澳核電站排水口的溫度比周圍水溫高3～5 ℃，呈現(xiàn)明顯的東南向帶狀分布[11-12]，并隨著潮流向?yàn)硟?nèi)輸運(yùn)。具體表現(xiàn)為：落潮時(shí)溫排水向?yàn)澄髂虾Ｓ蜉斶\(yùn)，在一個(gè)潮周期內(nèi)可到達(dá)灣口并繼續(xù)向大鵬澳運(yùn)動(dòng)；漲潮時(shí)溫排水輸運(yùn)方向大體相反，在排水口附近隨潮流向東北移動(dòng)[13]。

已有的研究主要針對(duì)大亞灣溫度、鹽度的季節(jié)變化特征，而對(duì)于該海區(qū)夏季溫度、鹽度的日變化過程研究較少[4]。因此，本研究利用2018年7月大潮期多站的定點(diǎn)準(zhǔn)同步連續(xù)CTD觀測(cè)資料，分析大亞灣及鄰近海域調(diào)查期間的溫度、鹽度分布及其日變化特征，并初步探討其可能成因。

1 數(shù)據(jù)及方法

本研究所采用的數(shù)據(jù)為2018年7月12日—17日大亞灣大潮期定點(diǎn)準(zhǔn)同步連續(xù)觀測(cè)的溫鹽資料。共布設(shè)了12個(gè)觀測(cè)站(圖1)，通過6條船分兩個(gè)階段進(jìn)行定點(diǎn)準(zhǔn)同步連續(xù)觀測(cè)，每個(gè)階段觀測(cè)6個(gè)站。其中，第1階段(12日9：00至13日9：00)觀測(cè)C01站、C08至C12站，所有站位均位于灣口及鄰近海域；第2階段(16日9：00至17日9：00)觀測(cè)C02至C07站，所有站位均位于灣內(nèi)。

圖1 大亞灣及其鄰近海域CTD與潮位觀測(cè)站Fig. 1 CTD stations and tidal gauge station in Daya Bay and its adjacent waters

上述每個(gè)站的觀測(cè)要素均包括溫度、鹽度，通過便攜式CTD (AML BaseX，加拿大 AML Oceanographic公司)每1 h進(jìn)行1次溫鹽剖面觀測(cè)，CTD采樣頻率為25 Hz，觀測(cè)25 h，每個(gè)站位均共獲得25個(gè)剖面數(shù)據(jù)。對(duì)溫鹽原始數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制[14]后，獲得了垂直方向上1 m間隔的溫鹽數(shù)據(jù)。同時(shí)采用CTD (SBE37，美國(guó)Sea-Bird Electronics公司)進(jìn)行固定層(2 m層)溫鹽時(shí)間序列觀測(cè)。

由于大亞灣海域范圍較小，灣內(nèi)、外潮時(shí)相差不大，因此選用布設(shè)在灣中部附近的T03站潮位數(shù)據(jù)，代表觀測(cè)期間潮位的變化特征(圖2實(shí)線)。潮位觀測(cè)使用KELLER DCX-22水位記錄儀，采樣間隔為5 min。由圖2可見，大亞灣在一個(gè)太陰日內(nèi)存在兩次高潮和兩次低潮，兩次高、低潮的潮位明顯不同，因此為不規(guī)則半日潮，這與武文等(2017)的觀測(cè)和模擬結(jié)果[15]是一致的。由圖2還可知，12日08:54為高潮時(shí)，在14:44達(dá)到低潮時(shí)；16日11:39為高潮時(shí)，在17:39達(dá)到低潮時(shí)，因而第1階段和第2階段分別選取靠近高(低)潮時(shí)點(diǎn)的整點(diǎn)9:00和12:00(15:00和18:00)的CTD數(shù)據(jù)繪圖，代表高潮時(shí)(低潮時(shí))的溫鹽分布特征。

本研究中使用了ASCAT 衛(wèi)星遙感海面風(fēng)場(chǎng)資料[16]?？臻g水平分辨率為 0.25°×0.25°，時(shí)間分辨率為日平均，時(shí)間跨度為2018年7月4日—12日。海表溫度(Sea surface temperature,SST)數(shù)據(jù)是來自美國(guó)國(guó)家海洋氣象局(NOAA)提供的空間分辨率為0.25°×0.25°的OISST逐日海表溫度數(shù)據(jù)，時(shí)間跨度為2018年7月4日—12日(https://www.ncdc.noaa.gov/oisst/data-access)。

2 結(jié)果與討論

2.1 高、低潮時(shí)溫鹽平面分布特征

2.1.1 低潮時(shí) 從圖3可以看出，低潮時(shí)，表層海水溫度在28.70～29.63 ℃之間，平均水溫為29.13 ℃，水平溫差為0.93 ℃；低溫中心分布于桑洲附近海域，溫度約為28.70 ℃；高溫中心位于灣頂，最大溫度為29.63 ℃，灣外水溫相對(duì)較低，因此從灣頂至灣外形成“內(nèi)高外低”的分布形態(tài)。10 m層溫度由灣口向?yàn)惩膺f減，水平溫差達(dá)2.35 ℃，溫度分布西部高于東部。

表層鹽度介于30.24～31.34之間，平均鹽度為30.98。鹽度分布呈由灣頂向?yàn)晨谠黾拥膽B(tài)勢(shì)。在大辣甲至C09站附近為一大面積高鹽區(qū)，鹽度高于31.00。10 m層鹽度分布也大體呈灣內(nèi)低、灣外高的特征，并可見鹽度分布經(jīng)灣口東側(cè)向?yàn)惩膺f增，其分布范圍與溫度大體一致。

圖2 2018年7月12日—17日T03站潮位變化曲線Fig. 2 Tidal variation at station T03 from July 12th to 17th, 2018圖中實(shí)線代表6船同步觀測(cè)期的潮位變化，虛線代表余下時(shí)段的潮位變化。

從溫鹽分布特征(圖3)可知，低潮時(shí)灣內(nèi)主要為高溫低鹽水，灣外為低溫高鹽水，尤其在10 m層特別明顯。調(diào)查期間屬于夏季，因此這種分布特征反映了海陸熱力差異的影響。此外，高水溫中心位于灣西部，可能與電站的溫排水輸入有關(guān)。

圖3 大亞灣及其鄰近海域夏季大潮期低潮時(shí)不同層位溫度、鹽度的平面分布Fig. 3 Horizontal distributions of temperature and salinity at low tide during spring tide in summer in Daya Bay and its adjacent waters

2.1.2 高潮時(shí) 高潮時(shí)的溫鹽平面分布特征如圖4所示，由于灣外相對(duì)低溫高鹽海水的推進(jìn)，因而表層(1 m層)溫度較低潮時(shí)低，溫度介于28.06～29.14 ℃之間，平均溫度為28.58 ℃，比低潮時(shí)低0.55 ℃。等溫線向?yàn)稠斒湛s，空間分布形態(tài)與低潮時(shí)的大體一致，灣北部溫度最高，灣口溫度較低，因此從灣頂至灣外也呈現(xiàn)“內(nèi)高外低”的分布態(tài)勢(shì)。在10 m層，灣外溫度下降較顯著，溫度從灣口向C08站遞減。

圖4 大亞灣及其鄰近海域夏季大潮期高潮時(shí)溫度、鹽度的平面分布Fig. 4 Horizontal distributions of temperature and salinity at high tide during spring tide in summer in Daya Bay and its adjacent waters

高潮時(shí)的表層鹽度分布與低潮時(shí)相似但鹽度略高，平均鹽度為31.00，比低潮時(shí)的鹽度高0.02，相對(duì)高鹽度(31.20)海水的影響范圍明顯大于低潮時(shí)，最北可達(dá)C06站。10 m層也可見與低潮時(shí)類似的灣頂高、灣口低的分布特征，但高潮時(shí)，灣內(nèi)的低鹽水從灣口向南延伸，其范圍與同期溫度分布大體一致。

2.2 高、低潮時(shí)溫鹽斷面分布特征

為了揭示調(diào)查區(qū)域溫鹽的垂向分布特征，我們根據(jù)調(diào)查站位選取一個(gè)從灣頂至灣口的斷面，即C05至C08站所在斷面(圖1)。溫鹽斷面分布如圖5所示，該圖呈現(xiàn)出大亞灣溫度“內(nèi)高外低”，鹽度“內(nèi)低外高”的分布特征，與上文所述的平面分布特征相吻合。

圖5 大亞灣夏季大潮期C05至C08斷面溫度、鹽度分布Fig. 5 Temperature and salinity distributions along section C05-C08 in Daya Bay during spring tide in summer

從溫鹽斷面圖可見，由于大亞灣水深較小，灣內(nèi)(C05至C07站之間)水深不足15 m，灣內(nèi)區(qū)域垂向上水體混合充分，溫度和鹽度的垂向梯度較小，溫躍層及鹽躍層均較弱。灣外(C08站)水深較大，在高、低潮時(shí)溫度及鹽度都呈現(xiàn)明顯的層化結(jié)構(gòu)，溫躍層及鹽躍層均較強(qiáng)。高潮時(shí)C07、C08站間溫躍層介于9.5 ～14.0 m之間，厚度約為5.0 m；鹽躍層介于6.5～13.5 m之間，厚度在7.0 m左右；溫度和鹽度躍層強(qiáng)度分別約為1.11 ℃/m和0.37 /m。低潮時(shí)溫、鹽躍層強(qiáng)度均比高潮時(shí)小，分別約為0.68 ℃/m和0.34 /m。從圖5還可以看出，灣外(C07站南側(cè))下層，存在一支低溫高鹽的海水，溫度小于23.00 ℃，鹽度大于34.00，表層和底層溫差較大，可達(dá)7.50 ℃。這是由于夏季太陽(yáng)短波輻射強(qiáng)，表層海水溫度較高加之有外海底層冷水入侵，層化現(xiàn)象加強(qiáng)，表層熱量向下傳導(dǎo)的速度減緩，致使溫差較大。

陳義斌等(1993)在1988年的觀測(cè)中發(fā)現(xiàn)來自粵東上升流區(qū)的底層冷水可入侵至大鵬澳[17]。然而，本研究觀測(cè)期間冷水并未入侵至灣內(nèi)，僅出現(xiàn)在灣口附近，意味著調(diào)查期間上升流較弱。已有研究表明，夏季西南風(fēng)是粵東上升流的主要驅(qū)動(dòng)機(jī)制，地形則決定了上升流的空間分布[18-20]。調(diào)查期間逐日海面風(fēng)場(chǎng)及SST變化如圖6所示，從圖6(a)可以看出，調(diào)查前期(7月4日)粵東沿岸為有利于上升流形成的西南風(fēng)控制，近岸水溫(小于27 ℃)較外海明顯偏低，說明調(diào)查前期上升流較為強(qiáng)盛。7月8日，海面風(fēng)場(chǎng)轉(zhuǎn)向?yàn)闁|風(fēng)/東北風(fēng)，并持續(xù)至16日。從圖6(b)、(c)可以看出，在東風(fēng)/東北風(fēng)的持續(xù)作用下，近岸SST明顯上升且低溫水范圍縮小，意味著上升流減弱，說明調(diào)查期間偏東風(fēng)的存在不利于粵東沿岸上升流的發(fā)展與維持，從而抑制了粵東底層冷水的涌升和入侵大亞灣內(nèi)。因此，調(diào)查期間，外海底層冷水入侵大亞灣的跡象并不明顯，從圖4(b)、(d)及圖5可以看出，入侵跡象僅出現(xiàn)在C07站及其外部海域。

圖6 2018年7月南海北部風(fēng)場(chǎng)及SST變化Fig. 6 Variation of wind field and SST in the northern South China Sea in July 2018

2.3 溫鹽日變化

為進(jìn)一步分析大亞灣夏季大潮期溫度、鹽度的日變化特征，我們繪制了溫度、鹽度垂直分布的時(shí)間序列圖(圖7、8)。由圖7可見，雖然調(diào)查海域下層溫度日變化不明顯，但上層溫度日變化顯著，且因區(qū)域而異。位于灣外6個(gè)站(C01、C08至C12)的上層溫度主要受太陽(yáng)短波輻射的主導(dǎo)作用，在短波輻射達(dá)到極大值時(shí)刻(一般為12:00—13:00之間)的2～3 h內(nèi)(即15:00左右)達(dá)到最大值[21]，之后溫度開始下降，最低值出現(xiàn)在次日06:00前后。灣內(nèi)因受多種因素影響，上層溫度日變化特征較為復(fù)雜。除了C02站外，其余5個(gè)站(C03至C07)溫度均在18:00左右達(dá)到最大值，從圖9可以看出，溫度和鹽度的極值點(diǎn)都與潮時(shí)相近，可能體現(xiàn)的是潮汐的影響。C02站較為特殊，溫度在午后開始增加，最大值出現(xiàn)在次日上午09:00。該站點(diǎn)海溫變化明顯異于其他站點(diǎn)，其變化與太陽(yáng)輻射和潮流變化并不同步，加之大亞灣周邊沒有大的河水徑流注入，陸地影響較為有限，因此該站點(diǎn)獨(dú)特的海溫變化很可能是由核電站溫排水引起的，我們觀測(cè)到的海水鹽度的同步變化進(jìn)一步提供了佐證。

圖7 2018年7月大亞灣及其鄰近海域各CTD觀測(cè)站位溫度剖面時(shí)間序列Fig. 7 Time series of temperature profile at CTD observation stations in Daya Bay and its adjacent waters in July 2018C01、C08至C012為12日9：00至13日9：00觀測(cè)，C02至C07為16日9：00至17日9：00觀測(cè)，下同。

圖8 2018年7月大亞灣及其鄰近海域各CTD觀測(cè)站位鹽度剖面時(shí)間序列Fig. 8 Time series of salinity profile at CTD observation stations in Daya Bay and its adjacent waters in July 2018

圖9 2018年7月C05站2 m層溫度、鹽度時(shí)間序列Fig. 9 Time series variation of temperature and salinity at 2 m layer at station C05 in July 2018

鹽度日變化主要集中在中、上層水體，0～10 m層的日變化幅度最大，底層最穩(wěn)定。位于灣外的6個(gè)站(C01、C08至C12)上層鹽度日變化較小，其下鹽躍層呈現(xiàn)明顯的不規(guī)則半日變化，體現(xiàn)了潮汐作用的結(jié)果。灣內(nèi)鹽度變化較為復(fù)雜，區(qū)域間差異顯著，鹽度日變化主要表現(xiàn)為晝高夜低。C07站處于灣內(nèi)、外海水的交匯處，鹽度于午后開始逐漸增大，并在18：00達(dá)到最大值，特別是下層變化更為明顯[圖8(g)]。C07站下層的溫度、鹽度變化清楚地反映了大亞灣夏季大潮期間灣外底層低溫高鹽水的入侵過程。C02站處于核電站溫排水的影響區(qū)，溫排水輸入使得觀測(cè)期間鹽度持續(xù)降低，這與溫度日變化過程互相印證。C05站存在兩個(gè)鹽度峰值，分別在18：00與次日06：00左右達(dá)到極值[圖8(e)]，因與低潮時(shí)相近，可能與潮汐作用有關(guān)，但由于觀測(cè)時(shí)間短，這一現(xiàn)象的成因還有待更多的觀測(cè)資料進(jìn)一步研究。

3 結(jié)論

本研究利用2018年7月在大亞灣及其鄰近海域大潮期間定點(diǎn)準(zhǔn)同步連續(xù)觀測(cè)的CTD資料，分析了調(diào)查期間研究海域溫度和鹽度的分布及其日變化特征，并探討其可能成因。獲得了如下結(jié)論：

(1)大亞灣夏季大潮期表層溫度呈“內(nèi)高外低”的分布特征，鹽度呈“內(nèi)低外高”的特征；灣內(nèi)水體具有低溫高鹽的特性，來自灣內(nèi)的高溫水加之下層有粵東上升流冷水的楔入，使得灣外呈垂直分層結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)可影響至灣口大辣甲附近。

(2)大亞灣溫鹽斷面分布也表現(xiàn)出與平面分布一致的特征。灣內(nèi)由于水深較小，海氣界面較強(qiáng)的動(dòng)量交換可影響至底層，灣內(nèi)垂向上充分混合；灣外測(cè)站在垂向上可發(fā)現(xiàn)兩個(gè)性質(zhì)不同的水團(tuán)上下疊置，存在溫度和鹽度躍層且躍層強(qiáng)度較大。

(3)調(diào)查期間的溫鹽日變化按其特征和影響因素可劃分為3個(gè)主要的區(qū)域。第一個(gè)是灣外區(qū)域，受太陽(yáng)輻射影響，溫度日變化與太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的日變化趨勢(shì)相對(duì)應(yīng)，一日內(nèi)出現(xiàn)一個(gè)最大值和一個(gè)最小值。第二個(gè)是灣內(nèi)的中東部海域，受不規(guī)則半日潮影響，日變化過程由潮流的周期性運(yùn)動(dòng)所致，一日內(nèi)存在兩峰兩谷，極值出現(xiàn)的時(shí)間與高潮、低潮時(shí)相近。第三個(gè)是灣內(nèi)西部核電站附近海域，其溫度變化較為獨(dú)特，與太陽(yáng)輻射和潮流變化均不同步，可能與核電站溫排水的影響有關(guān)。