夏季北黄海水体浊度分布特征的初步研究＊

王勇智，乔璐璐，鲍献文，李 真

（1.国家海洋局第一海洋研究所，山东青岛266061；2.国土资源部海洋油气资源与环境地质重点实验室，山东青岛266061；3.中国海洋大学海洋地球科学学院，山东青岛266100；4.中国海洋大学海洋环境学院，山东青岛266100）

北黄海近似为一平行四边形的洼地，中部地势平坦，等深线呈半圆形，开口朝南，地势向南黄海倾斜，中部即为深度较大的黄海海槽，平均水深38 m，最大水深80 m。北黄海连接着渤海和南黄海，从前人研究成果和水色卫星历史图片分析中不难得出，北黄海是两者之间进行悬浮物输运以及水交换等的1个重要通道，而且北黄海10 m等深线距离岸边较近，其地形特征对悬浮物的分布和输送具有重要的影响。

悬浮体的输运在海洋环境、海洋地质和海洋生态学等领域有重要的作用，谢钦春等［1］在长江口外临近海域，苏健、江文胜等［2］在渤海中南部海域，杨海丽等［3］在海南沿海，秦蕴珊等［4－5］在渤海和南黄海，杨作升等［6－7］在渤海莱州湾及黄、东海都进行过悬浮物质量浓度分布和输运的研究。但在北黄海海域，由于缺乏大面积和多要素的实测数据，本区该方面的研究较少。根据国家908专项北黄海区块水体调查的要求，2007年7月19日～8月7日中国海洋大学使用东方红2号海洋科学综合调查船对渤海海峡及北黄海的总计20个断面、209个站位（见图1）进行了温度、盐度、密度和浊度等因素的综合调查。

浊度是1种光学效应，它反应了光线在透过水层时受到的阻碍程度。海水浊度是指悬浮物均匀分布于海水中的溶性微小颗粒物质或可溶性有机与无机化合物等对海水中入射光线的散射、吸收导致光线的衰减程度，是表征海水光学现象的物理特征指标。虽然，浊度数值的大小并不能直接代表悬浮物的质量浓度，但它可以间接反映悬浮物质量浓度的变化，海水浊度的大小与水体中悬浮物质量浓度分布有直接关系，并且在以往的研究中均认为浊度与悬浮物的质量浓度存在线性关系［2，4，8］，因此，利用浊度和悬浮物质量浓度之间的线性关系，可得到悬浮物质量浓度的变化。

图1 夏季908航次测量站位示意图及断面位置示意图Fig.1 Station and section distribution of 908 S702 water masses investigation in Summer

1 夏季北黄海水体浊度与悬浮物质量浓度的拟合及分析

1.1 夏季北黄海浊度和悬浮物质量浓度的拟合

由于夏季北黄海冷水团、地形、沿岸流等的作用，加之底质类型分布的差异，故渤海海峡和北黄海的水体温度和盐度等要素分布存在较大的差异，导致夏季渤海海峡海域与渤海海峡以东的北黄海海域的浊度分布特征有明显的不同。因此，在进行夏季北黄海水体浊度和悬浮物质量浓度拟合时，以大连－成山头之间的连线为分界线，将调查区域水体分为渤海海峡和海峡以东的北黄海区域分别进行研究。

1.1.1 拟合结果 依据前人有关研究成果——渤海水体浊度与悬浮物的质量浓度存在线性关系［2，4，8］，对浊度值与悬浮体质量浓度进行线性拟合，具体如下：（1）对渤海海峡海域悬浮物质量浓度和浊度作线性拟合得到结果：

表层 S＝1.592 5T＋4.124 5（R＝0.34）

30 m层 S＝1.543 8T－0.346 2（R＝0.97）

底层 S＝1.271 0T－0.497 1（R＝0.97）

（2）对渤海海峡以东的北黄海海域悬浮物质量浓度和浊度作线性拟合得到结果：

表层 S＝0.972 4T＋0.729 5（R＝0.51）

30 m层 S＝1.355 3T＋0.435 4（R＝0.83）

底层 S＝0.697 4T＋0.849 4（R＝0.85）

（3）对全部调查海域的悬浮物质量浓度和浊度作线性拟合得到结果：

表层 S＝1.963 6T＋1.756 4（R＝0.41）

30m层 S＝1.477 0T＋0.172 5（R＝0.95）

底层 S＝1.152 0T－0.098 2（R＝0.94）

其中：S是悬浮物质量浓度：T是浊度：R是相关系数。

图2 北黄海表层、30 m和底层水体浊度与悬浮物质量浓度拟合分布图Fig.2 Suspended matter concentration and turbidity fitting curve in surface，30 m and bottom layer in Northern Yellow Sea

图3 调查海域水体浊度与悬浮物质量浓度拟合线比较Fig.3 Comparison of fitting curve of suspended matter concentration ad turbidity

1.1.2 讨论分析 从调查海域表层水体浊度与悬浮物质量浓度的拟合结果来看（见图2，3），由于受到外界影响因素比较多，例如生物、降水、水团性质、水动力、底质、人为因素和光照等，所以不论是渤海海峡，还是海峡以东的北黄海水体，其水体浊度与悬浮物质量浓度的相关系数R，表层的拟合结果总是比30 m层和底层的要差，而调查海域30 m层和底层的浊度值与悬浮物质量浓度存在较好的相关性，相关系数均在0.94以上（见图2，3），即调查海域30 m层和底层的悬浮物质量浓度和浊度之间基本表现出了相同的变化趋势。而表层浊度与悬浮物质量浓度拟合相关性与30 m和底层拟合相关性的差异与夏季温跃层的存在有关，夏季调查海域在10～15 m水深处出现温跃层，温跃层以上水体水温较高，叶绿素浓度高，营养盐丰富，生物体易聚集，而内水体层结稳定，海水垂直扩散系数小，导致颗粒物和营养盐富，生物体聚集，加之人类活动影响，从而使水体浊度与悬浮物质量浓度之间的线性关系较弱［9］。而跃层以下水体，层结较为稳定，营养盐相对少，生物量少，故水体浊度与悬浮物质量浓度的线性拟合相关性良好。

渤海海峡水体30 m层和底层的浊度和悬浮物质量浓度拟合的相关性要明显高于海峡以东的北黄海水体，通过图3可以进一步看出渤海海峡和海峡以东的北黄海水体浊度和悬浮物质量浓度拟合结果的差异：在表层，渤海海峡和海峡以东北黄海水体浊度和悬浮物质量浓度的拟合线没有重合部分；而在30 m层和底层随着水体浊度值增大，2条拟合线的相差越大。其原因在于渤海海峡附近海域水深相对较浅，在夏季盛行的东南风作用下，沿岸流较强，其对沉积物的再悬浮作用显著，而渤海海峡以东的北黄海海域夏季基本被北黄海冷水团覆盖，层结稳定，中下层水体潮流流速较小，而且北黄海海域底质多黏土质，较不易启动，从而造成了渤海海峡与海峡以东的北黄海海域水体浊度与悬浮物质量浓度拟合相关性的差异。因此，由于渤海海峡和北黄海海域水动力条件、底质类型和水团要素的不同，导致了上述2个海区的悬浮物质量浓度和浊度的分布特征及机制存在一定差异。

2 夏季北黄海水体浊度分布特征

选取了调查海域较具有代表性的6个断面：A1、A4、C1、C3、C5和B1断面，通过水体浊度大面和断面的分布来研究夏季北黄海水体浊度分布特征。

2.1 夏季北黄海水体浊度的大面分布特征

从调查海域表层浊度的大面分布特征来看，夏季调查海域表层存在4个高浊度区，分别位于辽东半岛南端的老铁山水道附近、山东半岛的蓬莱－烟台沿海、北黄海的登沙河至庄河河口附近及山东半岛东端的成山角附近海域，其余海域的海水浊度均较小，特别是在北黄海和渤海海峡中部表层至底层海水浊度很小，与水色卫星的遥感图片较为符合［10］。调查海域水体10 m层的浊度分布与表层水体较为类似，但高浊度海域面积较表层大大增加，以山东半岛的蓬莱－烟台沿海、北黄海北部的登沙河至庄河河口附近及山东半岛东端的成山镇北部海域这3个海域最为显著，渤海海峡中部和北黄海中部海区的10 m层水体浊度值依旧很小。其原因在于上述3个地方水深较浅，10 m水深已经接近其底层，而且上述3个海域均位于夏季北黄海冷水团影响范围外，受沿岸流影响较大，水体垂向层结不稳定，部分区域又邻近河口，故浊度较大。在长海县海洋岛东南及南北黄海分界线中部海域各存在1个浊度相对高的区域，由于尚未获得同步的叶绿素等生物资料，故尚不能够对该区相对较高的浊度做出合理解释，有待进一步研究。调查海域水体30 m层的水体浊度分布特征为存在2个高浊度区：庄河河口附近海域和山东半岛东部成山角附近海域，其中山东半岛成山角附近高浊度区影响面积和浊度值较表层和10 m层均进一步增大，北黄海的中部30 m层浊度与表层和10 m层相似，浊度值依旧很小。调查海域水体底层浊度的分布特征可以概括为沿岸浅水区浊度高，底层浊度明显高于表层，河口附近水体浊度高，渤海海峡中部和北黄海冷水团中心区域从表层至底层浊度很低，山东半岛北岸海域水体浊度要明显高于辽东半岛南岸，山东半岛东端成山角附近海域的浊度值最高，可达到40 FTU以上，大连湾－庄河和山东蓬莱－烟台附近底层水域的浊度也较大。

图7 夏季调查海域底层浊度分布Fig.7 Distribution of turbidity in bottom layer in summer

2.2 夏季北黄海水体典型断面的浊度分布特征

C1断面自旅顺港至蓬莱，横跨渤海海峡。C1断面水体浊度自底层至表层逐渐增加，庙岛群岛海域水体浊度较低，北隍城岛与老铁山水道之间的水体浊度为最低（见图8）。蓬莱近海沿岸浊度垂向分布较为均一，且该海域水深较浅（约15～20 m之间），根据本研究有关浊度与悬浮物质量浓度的拟合关系来看，表层水体浊度高易受到生物和人为等影响，加之该海域属沙质海岸，沉积物类型多为砂质和粉砂质［11］，夏季潮流的造成的沉积物再悬浮影响应较小。此外，根据水色卫片来看存在1条高浊度带自莱州湾东岸起环绕山东半岛东北部［10］，因此，可以初步判定造成夏季蓬莱沿岸水体高浊度原因有二，夏季表层水体受生物和人为等因素影响大，而中下层水体浊度高可能是由于夏季盛行的西南风产生的自莱州湾向东的沿岸流携带的再悬浮物，而少有本区局地再悬浮物。夏季，北黄海北部从表层至底层都是入流区，老铁山水道附近属强流区，但该区海岸类型为基岩海岸，底质中细颗粒组分含量少，而老铁山西北部的庄河河口附近沉积物中细颗粒物含量较高，故C1断面北部底层高浊度应不是沉积物局地再悬浮造成，而是由庄河河口附近西向沿岸流携带的再悬浮沉积物造成。从A1断面水体浊度分布可看出（见图9），烟台市近海10 m至底层海水浊度较高，在中底层水高浊度区逐渐向高纬度扩散，浊度值也随之减小，至20 m等深线附近，即接近北黄海冷水团影响海域，水体浊度变得较低。A4断面南端起点位于威海附近海域，因A4断面更接近北黄海冷水团中心区，故与C1和A1断面相比，A4断面整体浊度值较小（见图10），只是在45 m以浅海域近底层水体浊度相对较高，而45 m以深海域整层水体浊度均很小。C5断面横跨辽东半岛的大连湾至山东半岛成山角，由后文中夏季北黄海底层温度分布可看出，C5断面中部即为夏季北黄海冷水团的中心区域，也是C5断面浊度最小的区域。由图11可见，成山角附近海域浊度明显较大，底层尤为显著，其原因在于成山角附近强流作用，底质中部分细颗粒物再悬浮，并与沿岸流携带的沿途再悬浮物一起造成了本区高浊度现象。从C3断面浊度分布的特点为中上层水体浊度很小（见图12），在近底层存在2个高浊度区，并与该区沉积物类型分布较为一致：细颗粒组分含量高的区域，浊度高，因此，近底层的2个高浊度区可能是由于局地再悬浮造成。B1断面水体浊度分布特征为桑沟湾近岸底层水体浊度很高（见图13），黄海槽中部底层存在即1个较弱的高浊度区，其余海域浊度值较低。B1断面中的2个高浊度区分布与底质类型分布吻合较好，B1断面中2个近底层高浊度区均位于山东半岛东岸的泥质沉积物上［10，12］，很可能是由于南下的沿岸流掀起的再悬浮沉积物造成，而2个高浊度区之间存在1个低浊度区，本文将在后文给予解释。

3 浊度分布与水团的关系

夏季北黄海冷水团的冷中心约在122.5°E，38.3°N的30 m水深层次上显现出来（见图15），并与山东半岛东侧的黄海槽的冷水中心实现贯通，至底层，北黄海冷水团控制范围逐渐增大，基本占据整个黄海槽，其低温高盐高密的特性逐渐明显。结合A1、C5和B1断面浊度和温度分布（见图14～16），可看出夏季北黄海海区海水垂向层结稳定，浊度分布与温度较为相似：高浊度和高温度水体主要分布于近岸浅水区，温跃层附近水体浊度相对较小，在近岸浅水区温度锋面与浊度锋面位置基本一致，北黄海冷水团中心区域影响的海域水体浊度值很小，尤以渤海海峡中部和北黄海中部水体最为明显。

夏季，山东半岛北部沿岸水体自西向东受到北黄海冷水团的影响逐渐加大，因此，调查海域自西向东水体的层结也逐渐加强——在山东半岛北部沿岸的温度、盐度和密度分布自西向东等值线愈发密集（见图17～21）。由浊度断面分布可以看到（见图8～13），夏季近岸高浊度水体与北黄海冷水团影响海域之间存在明显的浊度锋面，可说明高浊度水体少有能跨过环山东半岛泥质沉积区［10，12］进入北黄海冷水团控制影响的区域，也就是说夏季北黄海冷水团对悬浮物的分布起到了屏障的作用——在山东半岛北部沿岸和辽东半岛南部沿岸阻止了近岸悬浮物向经向输送，而山东半岛东部沿岸则阻止了近岸悬浮物的纬向输送，使得近岸高浊度水体少有越过温跃层，基本分布在约20 m等深线以浅海域，这也与水色卫片的观测结果较为吻合。同时，受到夏季盛行的西南风影响，山东半岛北部的东向沿岸流向东运动过程中，由于受到北黄海冷水团面积逐渐增大的影响，沿岸流流幅不断减小，流速得以不断增强，并在成山角附近海域达到最大，而该海域中底层水体浊度是本次观测的最高值，集中分布于环山东半岛东部泥质沉积体的前积层和顶积层附近［10］，说明该区的再悬浮和沿岸流携带的悬浮物相叠加，以及受到东侧北黄海冷水团挤压（见图11，15，浊度和温度锋面位于泥质沉积体的前积层和顶积层附近海域），三者共同作用导致了该区的高浊度。此外，根据B1断面温度、密度和浊度分布来看，夏季北黄海冷水团在15 m水深以下与山东半岛东部沿岸海域形成了1个明显温度、盐度、密度锋面，冷水团的高温高盐高密特征显著，锋面两侧水体浊度差异较大——锋面西侧水体浊度高，锋面东侧水体浊度迅速减小，充分说明黄海冷水团在山东半岛东岸近岸再一次产生了屏障的效应，阻隔了悬浮物向东输送。B1断面近底层存在的2个高浊度区之间有1个浊度很小的区域，这正是浊度、温度锋面所处的位置，而且2个锋面恰好位于泥质沉积体的底积层附近。

老铁山水道至大连湾沿岸，从底层温度大面分布（见图18）上可以看到，北黄海冷水团的前锋已经抵达老铁山水道中段附近，夏季北黄海北部从表层至底层都是入流区，并且老铁山水道向西逐渐变窄，流幅变窄导致流速的加强，导致了大连湾至旅顺沿岸底层水的浊度值逐渐增高，从C3和C5断面温度和浊度分布图中发现断面北部10～20 m水深层次的浊度值要比底层水浊度梯度较大，浊度的这个跃层位置又恰好与温度、盐度跃层的位置相一致，相当于1个浊度的跃层。

图21 夏季调查海域底层密度分布图Fig.21 Distribution of density in botton layer in summer

4 结语

利用908专项夏季北黄海区块调查资料，对调查海域浊度和悬浮物质量浓度进行了拟合分析，结果表明，30 m层和底层的浊度与悬浮物质量浓度拟合较好，相关度均在0.94以上，表层水体受到生物、径流和人为影响较大，故相关度很低。渤海海峡和海峡以东北黄海海域受水动力条件、黄海冷水团、底质分布类型等影响，渤海海峡和海峡以东北黄海水体浊度和悬浮物质量浓度的拟合相关度存在一定差异。夏季，调查海域浊度分布的特征为近岸浅水区浊度较高，高浊度区多集中于中底层水，以成山角海域的中低层水体浊度最高，渤海海峡中部和北黄海中部的水体浊度均很小。夏季北黄海海域垂向层结稳定，对水体浊度分布起到较大的控制性影响，水体浊度分布与北黄海冷水团的关系密切，同时与底质类型分布联系具有一定联系。高浊度和高温度水体主要分布于近岸浅水区，温跃层附近水体浊度相对较小，在近岸浅水区温度锋面与浊度锋面位置基本一致，浊度锋面的分布与温度较为相近，北黄海冷水团中心区域影响的海域水体浊度值很小，尤以渤海海峡中部和北黄海中部水体最为明显。而且，夏季北黄海冷水团对悬浮物的分布起到了1个屏障的作用——在山东半岛北部沿岸和辽东半岛南部沿岸阻止了近岸悬浮物向经向输送，而在山东半岛东部沿岸则阻止了近岸悬浮物的纬向输送，使得近岸高浊度水体少有越过温跃层。

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