黄海溶解氧的平面分布特征及其季节变化*

辛 明，马德毅，王保栋，3＊＊，韦钦胜，3，孙 霞，3，谢琳萍，3

（1.中国海洋大学环境科学与工程学院，山东 青岛266100；2.国家海洋局第一海洋研究所海洋生态研究中心，山东 青岛266061；3.海洋生态环境科学与工程国家海洋局重点实验室，山东 青岛266061）

海水中的溶解氧（Dissolved Oxygen，DO）作为一项非常重要的海洋学参数，其含量水平不仅是反映生物生长状况和环境质量状况的重要指标［1］，而且也是研究海洋中各种物理、生物和化学过程的重要参数［2］。

黄海位于太平洋西北部的边缘，属于半封闭陆架浅海［3］。我国海洋学家对黄海溶解氧的分布变化特征进行过多次调查和研究，发表了不少文章［4－9］。但由于种种原因，以往的调查往往是在南黄海或北黄海分别进行，鲜有南、北黄海同步或准同步调查资料，导致目前对整个黄海海域DO的总体分布特征及其变化规律还缺乏必要的了解和充分的认识。本文根据2006—2007年的最新调查资料，初步分析DO在整个黄海的平面分布特征，并结合温度、盐度等要素的同步观测资料，探讨它们之间的内在联系，也为进一步研究整个黄海的海洋生物地球化学过程提供基础资料。

1 资料来源与方法

2006年7月～2007年11月，依托“我国近海海洋综合调查与评价”专项对黄海海域进行了夏（2006年7～8月）、冬（2007年1～2月）、春（2007年4～5月）、秋（2007年10～11月）4个季节的大面调查，调查范围为31°N～40°N，119°E～126.25°E，共设置217个站位，其中南黄海布设142个站位，北黄海布设75个站位（见图1），南黄海和北黄海的调查分别由国家海洋局第一海洋研究所和中国海洋大学组织完成。

调查过程中利用Sea－Bird 32CTD仪测定温度、盐度和深度，并用Niskin采水器采集水样（根据站位水深情况，取表层、10、30、50m 和底层），DO含量依据 Winkler碘量法［10］在现场进行测定。

图1 黄海调查站位图Fig.1 Sampling stations in the Yellow Sea

2 结果与讨论

2.1 DO平面分布

2.1.1 冬季 DO的含量整体较高，变化范围为4.65～11.55mg·dm－3，平均值为9.07mg·dm－3。由图2a可以看出，表层DO含量整体上呈现出南低北高、近岸高中央海域低的分布特点。进一步分析可以发现，DO含量由近岸向中央海域逐渐降低，高值区出现在辽东半岛南岸、山东半岛沿岸、江苏沿岸等近岸海域，最高值出现在山东半岛最东部的南岸海域（CDO＞11.0mg·dm－3），并有向南扩展的趋势。低值区大致位于黄海南部的中央海域（CDO＜8.2mg·dm－3）。冬季强烈的垂直涡动混合作用使得表层高浓度的DO被带至下层水体［7］，并导致大部分近岸海域中各层DO含量相差较小，且10m层、30m层、底层与表层DO的分布特征也较为一致（图略）。值得注意的是，在水深大于70m的南黄海中央海域（34.5°N～37°N，123°E～124°E）出现一DO低值区（CDO＜8.0mg·dm－3）（见图2b），这是由于在深水域垂直混合作用未达海底，下层持续消耗的溶解氧得不到补充的缘故。

图2 2007年冬季黄海溶解氧（mg·dm－3）及温度（℃）、盐度的平面分布Fig.2 The horizontal distributions of DO（mg·dm－3），temperature（℃）and salinity in the Yellow Sea in winter，2007

DO含量的上述分布特征与冬季水文状况密切相关。冬季黄海近岸海域主要受低温、低盐的沿岸水（苏北沿岸水、鲁北沿岸水、辽南沿岸水［11］等）控制，而中央海域主要受高温、高盐的黄海暖流水［12］的影响。由图2c、2d可以看出，DO与水温的平面分布呈相反态势，黄海暖流低氧水舌由黄海东南部进入调查海区，由此向西北部伸展，到达南黄海中部后转为向北扩展进入北黄海，这与黄海DO的低值范围基本一致，而DO的高值范围与黄海沿岸流的分布较为一致。相关分析表明，DO含量与温度成显著负相关（r＝－0.91，n＝701），这说明冬季黄海DO含量主要受水温控制，其平面分布与环流场布局密切相关。

2.1.2 春季 春季，黄海DO含量变化范围为5.91～11.87mg·dm－3，平均值为9.57mg·dm－3，较冬季有所升高。DO总体分布延续了冬季北高南低的特征，但南、北差距缩小（见图3a）。整体上看，DO分布有2个显著特点：一是，除底层外各层DO分布态势在南、北黄海相似，均呈现出中央高、四周低的特点，等值线多呈闭合状，其中北黄海高值区出现在山东半岛北岸及北黄海中央海域（CDO＞10.6mg·dm－3）；南黄海高值区出现在南黄海中北部（CDO＞10.2mg·dm－3）。二是，整个黄海底层（见图3b）DO与上层水体DO分布趋势相反，南、北黄海均呈中央低、四周高的特点。值得注意的是，南黄海西南部自表层至底层出现一伸向东北方向的低氧水舌，这是由于春季台湾暖流的强度较冬季有所增强，其流向沿中陆架向北推进，把冬季陆架混合水和黑潮次表层水向北运移［12］。

图3 2007年春季黄海溶解氧（mg·dm－3）、叶绿素a（mg·m－3）及盐度的平面分布Fig.3 The horizontal distributions of DO（mg·dm－3），Chl a（mg·m－3）and salinity in the Yellow Sea in spring，2007

春季正值浮游植物春华期（spring bloom），真光层中叶绿素a含量高［13］，浮游植物光合作用对水体的增氧作用明显。在黄海中央海域上层水体存在DO高值区，而温度的分布呈现出中央高、近岸低的特点，显然水温不是主要的影响因素。图3c显示DO高值与叶绿素a高值范围相符，这显然是由于中央海域透明度高，浮游植物在较好的光照条件下光合作用强导致氧含量增加的缘故。黄海中央海域底层水体出现等值线闭合的DO低值区，结合底层盐度（见图3d）的分布可以得出，由于春季上层水体温度升高，上、下水体之间温、密跃层开始显现（中央海域上层水体温度差、盐度差分别为1.07℃、0.76），垂直交换受阻，导致下层DO得不到及时补充，DO含量因有机质分解耗氧而降低。水深越大，DO的低值封闭区就越明显，于是在40～50m等深线以深的黄海中央海域底层形成DO低值的封闭区。

2.1.3 夏季 夏季DO含量的变化范围为1.36～10.36mg·dm－3，其平均值为7.49mg·dm－3。由图4可以清晰的看出，DO在各层的分布特征差别较大。

表层DO分布整体上呈中央低、四周高的趋势（见图4a）。黄海中央海域由于上层水体温度较高而出现DO低值。在辽东半岛南岸、山东半岛沿岸由于水温较低而出现DO高值。值得注意的是，在苏北沿岸海域，由于水深较浅，温度较其它近岸海域高，造成DO含量较低。长江口东北部出现一伸向东北方的高氧水舌，同时该处表现出相对低盐的特性，这是由于夏季长江冲淡水带来的高营养盐，使浮游植物活动旺盛，从而出现DO高值。10m层DO分布（图略）与表层的区别在于南、北黄海中央海域出现DO高值，这是由于在10m层叶绿素a 出现高值的缘故［13－15］。

30m层DO分布总体上呈现南部低、中北部高的特点（见图4b），最明显的特征是在冷水团海域出现高值。其原因有二：一是在黄海冷水域的温跃层中水温较低［4］，氧溶解度大，且跃层（20～40m）内水体上、下交换受阻而有利于溶解氧的保存；二是由于叶绿素a次表层 最 大 值 （SCM）［8，16－17］的 出 现，光 合 作 用 增 氧 明显。这与顾宏堪［4］、刁焕祥［18］及王保栋［8］等人对黄海夏季溶解氧垂直分布中的最大值的研究相一致，即在温跃层附近存在明显的DO最大值。而与此形成鲜明对比的是，北黄海DO在30m层的最大值现象却不明显。此外，在长江口东北部的低值区依然存在，且范围较春季明显扩大，这与底层低氧水上涌有关［19］。

南、北黄海底层的DO分布有所不同（见图4c）：北黄海底层DO的分布与上述30m层DO分布相似，而南黄海底层DO分布最明显的特征是3个低值区：一是山东半岛、苏北沿岸海域出现低值，DO浓度普遍低于7.0mg·dm－3，这主要是由于底层近岸水温高的缘故；二是调查海区东偏北方向出现低值（CDO＜7.0mg·dm－3），这显然是黄海冷水团的存在，上下水体交换不畅，底层有机物分解耗氧的结果，两者分别与底层水温的分布有关（图4d）；第三个低值区出现在长江口东北部海域（CDO＜6.0mg·dm－3），其范围较其上层明显扩大，DO最低值达到1.36mg·dm－3，出现明显的缺氧区，这就是近年来受到广泛关注的长江口缺氧区，结合以往的研究成果［7，20－21］，这是北上的长江冲淡水将因有机物分解而成低氧特性的水体向北运移的结果。

综上所述，夏季各层DO的分布差距较大，由于温、盐跃层的存在，尤其是黄海冷水团的存在区域，对30m层和底层的DO分布影响明显。

图4 2006年夏季黄海溶解氧（mg·dm－3）及温度（℃）的平面分布Fig.4 The horizontal distributions of DO（mg·dm－3）and temperature（℃）in the Yellow Sea in summer，2006

2.1.4 秋季 秋季DO含量的变化范围为3.33～10.03mg·dm－3，其平均值为7.15mg·dm－3。

从整体上看，DO在表层（见图5a）和10m层（图略）的分布一致，总体上呈现南部低、中北部高的特点。南黄海DO含量大致均匀，呈现出由北向南逐渐降低的趋势，南部海域的DO的低值区与高温水舌范围（见图5d）较为一致，这说明此海域DO含量依然受台湾暖流的影响，与春季相同。值得注意的是，黄海北部（122.5°E～124°E 、35.5°N～38.5°N附近海域）出现 DO浓度大于7.8mg·dm－3的高值半封闭区，这与叶绿素a的高值范围正好对应［14］，而DO含量低值集中于近岸海域，与近岸海域温度较高的区域相对应，这说明秋季上层水体的DO受水温与光合作用共同控制［22］。

30m层DO的分布（见图5b）在南、北黄海表现出不同，区别在于：南黄海延续了夏季时30m层DO的分布特点，在中北部海域出现DO最高值（CDO＞7.8mg·dm－3），而北黄海却与夏季相反，呈现出中央低、四周高的特点。

底层DO的分布（见图5c）整体上呈现近岸高、中央低的分布趋势。在南、北黄海中央海域出现闭合的DO低值区，且其含量较夏季明显降低。由于秋季黄海冷水团下沉到黄海槽内，温跃层的存在致使底层水体DO得不到补充，同时有机质分解耗氧，DO含量进一步降低，底层溶解氧饱和度仅为84%。

图5 2007年秋季黄海溶解氧（mg·dm－3）及温度（℃）的平面分布Fig.5 The horizontal distributions of DO（mg·dm－3）and temperature（℃）in the Yellow Sea in autumn，2007

2.2 季节变化

图6 为黄海溶解氧及水温的季节变化曲线。由图可知，DO含量均值的季节变化顺序为：春季＞冬季＞夏季＞秋季。温度的季节变化趋势为：夏、秋季高，冬、春季低。从整体上看，上层水体（表层与10m层）DO、温度的变化趋势相似，冬、春季上层水体温度相近，但春季DO含量却高于冬季，这显然得益于浮游植物的光合作用。夏季上层水体温度明显升高，DO含量急剧下降，虽然秋季温度有所降低，但DO含量与夏季基本持平，这说明上层水体的DO含量在春、夏季受浮游植物的光合作用影响较大。下层水体（30m层与底层）温度自春季至秋季逐渐升高，同时DO含量逐渐降低。这是由于在此期间，温跃层的存在使得上、下层水体交换不畅，下层水体有机物分解耗氧，导致DO含量进一步降低。

图6 黄海溶解氧及水温的季节变化Fig.6 Seasonal variations of concentration of DO（mg·dm－3）and temperature（℃）in the Yellow Sea

3 结论

基于2006年7月～2007年11月对黄海4个季节的调查资料，本文分析和探讨了黄海DO的平面分布特征及其季节变化，结果表明：

（1）冬季黄海溶解氧平面分布整体呈现南高北低、近岸高中央海域低的特点，其含量和分布主要受水温的控制，而且强烈的垂直混合作用使得各层DO分布趋势较为一致。春季各层DO分布呈现出南部低、中北部高的分布特征；在黄海中部海域底层DO含量较上层水体低。夏季，长江口东北部存在从上层到下层水体不断扩大的低氧区域；南黄海冷水团海域存在显著的DO垂直分布最大值现象，但在北黄海冷水团海域则没有此现象；黄海中部海域底层DO含量较春季明显下降。秋季黄海上层水体中DO的总体分布趋势为南部低、中北部高，其含量受温度和光合作用共同控制；黄海冷水团海域底层的DO含量较夏季明显降低。

（2）黄海DO含量均值的季节变化顺序为：春季＞冬季＞夏季＞秋季。自冬季至春季，浮游植物光合作用增强，水体DO含量升高，自春季至夏季，上、下水体间的跃层显现并逐渐增强，上层水体DO含量主要受浮游植物光合作用影响，下层水体由于有机物分解耗氧，同时DO得不到补充，其含量明显降低。秋季，上层DO含量受浮游植物光合作用和水温的共同控制，与夏季基本持平，下层水体由于黄海冷水团的存在，有机物分解耗氧使得DO含量继续降低。

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