我国近海陆架锋面与生态效应研究回顾

刘东艳，吕 婷，林 磊，韦钦胜

（1.华东师范大学 河口海岸国家重点实验室，上海 200241；2.华东师范大学 崇明生态研究院，上海 200241；3.山东科技大学 海洋科学与工程学院，山东 青岛 266590；4.自然资源部 第一海洋研究所海洋生态环境科学与技术重点实验室，山东 青岛 266061）

锋面（Front）的概念起源于气象领域，指冷暖气团相遇的交接面。日本海洋学家最早注意到海洋中冷暖流之间的分界条带，称之为“潮目”并描述了其相关特征，例如：激流的出现、漂浮物的聚集、鱼类和鸟类的显著增加等[1]。1950 年，美国海洋学家在墨西哥湾流对“潮目”现象展开观测，发现“潮目”位置存在波动弯曲、不断变化的动态特征[2-3]，意识到该现象与气象锋面在原理和结构上存在相似性，决定将其描述为海洋锋面（Ocean front）。1956 年，美国学者首次给出海洋锋面的定义，即海表密度急剧变化的带状区[4]。20世纪六七十年代，有学者将锋面定义为纯粹的热现象，认为将冷暖水体分开的条带即为海洋锋面[5-6]。在综合前人研究的基础上，Fedorov 于1986 年提出锋面区域与锋面的不同定义，锋面区域是指主要热动力特征空间梯度相对较高的海域；而锋面则是锋面区域内一个或多个特征参数（温度、盐度、密度、速度等）的最大不连续面[7-8]。因此，锋面的位置可基于温度、盐度、密度、悬浮物、叶绿素等特征参数的水平梯度，或它们的更高阶微商来判定。

大量研究证据表明，锋面广泛存在于河口、陆架、极地与大洋中，是海洋中常见的物理过程，水平宽度从米到千米不等，受两侧水团变化与海气相互作用等因素的影响，在空间和时间上呈现出不连续的高动态变化特征[9]。海洋生命有机体的运动、聚集等行为十分依赖于海水中重力与光的变化方向，锋面区域较强的垂直环流和辐聚等物理过程，为实现上述行为提供重要机械能[10-11]。例如，大部分锋面的两侧或至少一侧存在表层辐聚作用，以及与其相关的下降流，能够抵抗下降流的物质或有机体会在上层水体聚集，故与锋面相关的强辐聚流速可以非常有效地聚集浮游生物和其他漂浮物质（如：灰尘、泡沫和木材等碎屑）[12]。如果锋面区域存在辐散，将会出现上升流，可以把营养丰富的海洋次表层或底层水带入上层，这些物理过程可为生物提供更多的营养物质与良好的光照条件，是锋面区域形成高生产力的主要机制[13-15]。

锋面区域的高生产力吸引了大量海洋生物前来觅食，甚至在附近建立育幼场[16-17]。金枪鱼、剑鱼或抹香鲸等自由游泳者，可以通过复杂的感觉系统探测到锋面区域，进而聚集到锋区漂浮物附近捕食有机体[18]。沿海鸟类可以通过视觉发现猎物聚集区，直接定位猎物或通过识别其他水下捕食者的数量与活跃程度来发现猎物；远洋海鸟（如：大型信天翁和海燕）甚至在飞行旅途中都可以利用嗅觉线索，探测到集聚在锋面区域的浮游动物、鱼类或乌贼等，从而获取补充能量的食物[19]。此外，锋面受两侧水体“力”的大小和内部流动状态影响，其位置处于动态变化之中，水体的不稳定性可以引起两侧水团的跨锋面交换，形成一个过渡区。这个过渡区的生态梯度在一定程度上能够维持并加强不同水团间生态系统的相对隔离[20-21]。因此，狭窄的锋面区域在海洋物质输运、生物生产、群落与生境区划等方面扮演着重要角色，深入理解锋面生态效应的形成与控制机制是生态系统预报预测的重要环节。

1 我国边缘海锋面的基本特征

我国边缘海一方面受到黑潮及分支水系季节性入侵的影响，另一方面受到长江、黄河等大河流输入的影响，这些不同性质的多个水系或者水团在陆架区域交互作用，并受到陆坡地形约束，沿等深线形成复杂的锋面结构[22-23]。海洋学家通过现场观测、卫星遥感和数值模拟等研究方法，历经数十年，基本阐明了渤、黄、东、南海陆架锋面的位置、季节特征与机制类型，明确了其中14 个永久性的准静止锋面（图1），包括渤海海峡锋面、山东半岛沿岸锋面、苏北沿岸锋面、西韩湾锋面、京畿湾锋面、济州岛西锋面、长江环形浅滩锋面、闽浙沿岸锋面、黑潮锋面、台湾沿岸锋面、闽粤沿岸锋面、珠江口沿岸锋面、琼东锋面、北部湾锋面。它们与陆架基本环流及其他中小尺度海洋过程（如：涡旋、内波等）共同调控着我国边缘海物质能量的输运以及生物生产过程。

图1 我国边缘海14 个准静止锋面的分布位置Fig.1 The position of quasi-stationary fronts in the marginal seas of China

我国边缘海锋面的早期研究始于河口[30]，后逐渐拓展到陆架海。Zheng 和Klemas[31]率先利用卫星遥感红外影像，明确了位于黄海沿岸流与黄海暖流交界处的山东半岛冬季锋面。继而，赵保仁等[24-26]发现了苏北沿岸锋面、西韩湾锋面、京畿湾锋面、济州岛西锋面，以及渤海海峡锋面。随着水色卫星与微波遥感的发展，海洋学家利用海表温度数据反演出了东中国海9 个永久性的准静止锋面与南海5 个永久性的准静止锋面（图1 和表1），以及它们冬强夏弱的季节性变化特征[23,27-28]。值得注意的是，尽管在海表温度的探测上这些锋面呈现出冬强夏弱的特征（图2），但在观测以及高分辨率数值模拟的结果中，夏季锋面并不弱，强锋面常存在于海洋的次表层和底层（例如：Ma 等[32]、Lü等[33]、Wu 和Wu[34]）。

图2 我国边缘海锋面强度的季节变化特征Fig.2 Seasonal variations of the front intensity in the marginal seas of China

表1 渤、黄、东海与南海北部主要锋面的名称与类型Table 1 Types of main fronts in Bohai,Yellow Sea,East China Sea and northern South China Sea

学者们进一步对锋面的形成机制开展了大量研究。Huang 等[23]认为冬季锋面的形成机制主要有2 个：一是近岸和中部陆架不同水深的海温对海表降温的响应不同，故形成了沿水深变化的温度梯度；二是暖流和冷的沿岸流交汇增强了温度梯度。夏季锋面的形成则主要由潮汐混合所致，存在天气尺度和大小潮变化，以及与上升流的联合作用[23,26,38]。根据Ou[39]的研究，陆架上密度梯度形成后，地转调整等过程会促进局地辐聚，强化初始密度梯度，进而引起密度的水平不连续，导致锋面的形成。刘先炳和苏纪兰[40]曾指出夏季闽浙沿岸锋面的形成主要与上升流有关，但这与潮汐锋面的阐述并不矛盾，因为吕新刚等[41]的数值研究表明，该上升流的产生与潮汐混合有着密切的关系。锋面处往往伴随着上升流的产生，并会提升表层锋面的强度。在东中国海的锋面中，黑潮锋面与其他锋面的形成机制不同。黑潮锋面是由西边界流及东海大陆坡联合作用下形成的陆架坡折锋，海气相互作用对该锋面的形成具有重要作用，海表温度梯度形成的海表气压差诱导沿锋面的海表风，增强了跨陆架环流，导致较暖的陆架外水体向陆架汇聚，增加了锋面强度[42]。闽粤与台湾沿岸冬季锋面的形成是沿岸流和南海水交汇作用的结果，而夏季锋面的形成主要与上升流有关[35-36]。Pi 和Hu[43]利用卫星遥感海表温度数据研究了台湾海峡及其附近海域的锋面，发现台湾浅滩锋可细分为南部浅滩锋和北部彰云沙脊锋，2 条锋面在强盛时期会连在一起，不易区分；它们在1 月至5 月为锋面活跃期，而在6 月至10 月为衰退期。海南岛东岸（琼东）和北部湾沿岸锋面形成的主要动力亦是潮汐混合，但锋面位置和强度受气象状况影响显著，东北季风加强有利于锋面强度的增加[37,44]。此外，Yu 等[45]通过分析2003 年至2017 年南海的海表温度，发现锋面年际变化趋势受到厄尔尼诺过程的影响。这些研究明确了潮致混合、上升流以及天气尺度对锋面位置、强度与结构的综合控制作用，对理解锋面的生态效应具有重要的理论支撑作用。

随着卫星分辨率的提高、观测强度的增加与高分辨模式的运用，一些双锋面结构在我国边缘海被识别出来。例如，利用4 km 分辨率的MODIS（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer）海表温度数据，He等[48]发现冬季闽浙沿岸存在双锋面结构，其形成与近岸水深梯度及不同水深对冬季海表降温的响应差异密切相关。Lin 等[46]通过约1 km 分辨率的MUR（Multi-scale Ultra-high Resolution）海表温度数据，发现北黄海沿岸在夏季存在一条沿10 m 等深线的锋面，与潮汐锋面（基本沿40 m 等深线）几乎平行，它们在空间上形成一个双锋面结构，这与夏季斜坡地形导致的差温加热和潮汐混合密切相关。此外，锋面结构的不稳定性会诱导锋面穿刺和锋面波等亚中尺度、小尺度过程。根据卫星遥感叶绿素a 质量浓度和海表温度数据，Yuan等[49]首次在闽浙沿岸发现跨陆架穿刺锋面。穿刺锋面的形成机制受到学者关注。Yuan 等[50]认为穿刺锋面与台湾暖流和闽浙沿岸流的辐聚有关；Ren 等[51]则认为是季风转换的作用；Wu[52]利用数值模拟分析发现潮汐混合的不均匀性导致了等密线沿等深线方向的起伏，这种起伏进一步通过斜压与下垫面陆架地形的耦合作用产生了跨陆架的输运，因此提出“潮汐-背景密度层联合作用”机制。Yin 和Huang[53]通过分析水色遥感图像，进一步发现闽浙沿岸锋面上存在尺度为10～20 km 的锋面波动，风暴激发的锋面斜压不稳定性导致亚中尺度涡的形成，引起跨锋面水体交换。无论是锋面还是锋面穿刺和锋面波引起的次生物理过程，都能够在局部空间上调控海洋中的物质分配，进而影响到生态系统中的初级生产者，并在食物链上形成级联效应。下文将具体分解我国学者对不同类型锋面的生态效应研究。

2 河口锋的生态效应

在河口或河口羽流的边缘，陆地淡水与高盐度海水交汇往往会形成河口锋。大型河口的河口锋结构明显，可以观察到显著的泡沫带辐聚和水体颜色变化，其位置和强度受到径流量与外部强迫场（如：风、潮汐等）的共同影响，如长江口、珠江口、密西西比河口[54-55]。河口锋存在不同类型，如果河流携带大量泥沙，在营养物质丰富的内河口，会出现典型的泥沙锋面。泥沙锋面产生的物理机制属于潮汐混合锋的一种，由低盐冲淡水和潮汐混合相互作用形成。锋面靠岸的浅水侧，潮汐混合导致泥沙再悬浮，故水体呈现悬浮物浓度高、营养物质丰富但光线低的特征；而锋面向海的深水侧，水体的层化抑制了泥沙再悬浮，故水体相对清澈，同时泥沙锋附近迅速升高的盐度可加大絮凝作用，导致泥沙在锋面附近快速沉降，呈现肉眼可见的清浊分界线（图3a）。进入外河口，盐度相对较低的河流冲淡水与陆架高盐水汇聚，相互作用会形成羽流锋（图3a）。密度相对较低的冲淡水堆积在密度较高的海水上层，所产生的正压梯度力的方向与其下侧高密度水体形成的水平斜压梯度力方向相反，使得羽流锋区表现出水体辐聚特征，对河口物质输运以及生物生产发挥重要作用[56-57]。

长江是世界上径流量最大的河流之一，每年向海洋输送大量的淡水、悬浮泥沙和各类营养物质。大量研究表明，长江口泥沙锋面对长江陆源物质向海输送具有重要影响。泥沙与悬浮颗粒物存在吸附行为，故泥沙沉降能够捕获与截留河流带来的污染物，使得各种形态的化学物质在泥沙锋面附近骤减，如：有害重金属，有机磷和持续性有机污染物等，发挥了河口的自然过滤作用[58-60]。在外河口，长江冲淡水向外扩展并与陆架高盐水之间形成羽流锋面，在空间上与泥沙锋面一起形成一个类似“三明治”的结构，将水体“切割”成3 个不同性质的水团（图3b）。由于长江口悬浮物质在泥沙锋面附近大量沉降，浊度在向海的深水侧显著降低，水体光照条件得以快速提升，同时，羽流锋的南侧在地形诱导下会形成上升流，将底层营养盐带至表层水体，这些过程非常有利于上层水体浮游植物的生长，再结合锋面区域的物理辐聚作用，在泥沙锋和羽流锋之间容易形成一个浮游植物高值区（图3b），甚至在春夏期间出现大面积赤潮[61-62]。例如，2003年6 月在长江口海域出现以中肋骨条藻（Skeletonema costatum）、异甲藻（Heterocapsa circularisquama）和具齿原甲藻（Prorocentrum dentatum）为主的大面积赤潮，对应的叶绿素a 高值区靠近羽流锋区[61]。类似现象在珠江口外亦有报道。1998 年11 月，珠江口发生过一次大规模甲藻（Gymnodiniumcf.catenatum）赤潮，现场实测和卫星数据发现，赤潮位置主要出现在较冷的低盐冲淡水与较暖的高盐南海水形成的锋面区域[63]。锋面过程还会影响到河口缺氧区的形成与分布。已有的观测与模式结果显示，夏季长江口缺氧核心区主要发生在泥沙锋与羽流锋之间的海域，而且羽流锋在春-夏-秋之间的季节性转向会影响到缺氧区的位置变动[64-66]。在夏季观测中，还发现长江口会间歇性地出现低盐水斑块脱离冲淡水主体锋面的现象，进而形成离岸低盐水团[67-70]；具有较高营养盐与透明度的低盐水团，能够触发离岸浮游植物藻华，藻体大量死亡后的沉降分解过程会快速消耗氧气，成为底层水体缺氧的重要诱因[69]。长江口亦同时存在上升流锋面与河口羽流锋的耦合现象[65,71]。上升流的垂向输运可有效补充锋区的营养盐[72]，甚至对海-气界面的CO2通量产生影响[73]。长江口-浙江近海的关联性研究发现，在夏季底层缺氧发生期间，上升流的存在可将缺氧水体抬升至上层，扩大缺氧区的空间体积，进而产生一系列的生物地球化学效应[65,72]。

图3 河口锋面结构示意图及长江河口泥沙锋与羽流锋的位置及环境特征Fig.3 Schematic diagram of estuarine fronts,locations of the sediment and plume fronts in the Changjiang River Estuary and their environmental characteristics

泥沙锋和羽流锋形成的双锋面结构会导致不同水团间生态系统的相对隔离，并通过维持生态梯度表达出群落结构的差异性。例如，调查结果表明，硅藻的优势度在长江口泥沙锋近岸一侧可达93%；在泥沙锋和羽流锋之间的区域，硅藻（～72%）和隐藻（～13%）贡献度相对较高；而在羽流锋离岸一侧，定鞭藻（～53%）和隐藻（～13%）的贡献度则更为显著[74-75]。类似现象在珠江口亦有报道，研究者发现浮游植物粒级在锋面向陆一侧以小型和微型（细胞大小：3～200 μm）为主，而在锋面向海一侧则以微微型（细胞大小≤3 μm）为主[76-78]。传统研究认为生态梯度与河口盐度变化相关，而锋面的形成在原理上与河口盐度梯度密切相关，因此，如果我们能以锋面为边界来考虑生态梯度问题，会更为准确，因为它是温盐等多因素综合作用的结果。

河口锋面还会对陆源有机碳在海洋中的输运、移除和埋藏产生影响。长江口与东海陆架沉积速率的研究表明，长江口和东海内陆架泥质区的210Pb 沉积速率通常在1～3 cm/a，而东海中/外陆架沉积速率明显降低（＜3 mm/a）[79]。东海陆架有机碳的收支模型显示，超过95%的陆源有机碳在长江口和东海内陆架埋藏，而仅有不到5%会进入东海中/外部陆架[80]。据估算，中国东部边缘海泥质区生源有机碳的年埋藏通量为（7.00 ± 0.79）Mt，与中国主要河流流域内硅酸盐风化所吸收的CO2通量相近（5.05～7.52 Mt/a）[81-82]，这些研究结果表明与河口有密切关联的泥质沉积区是有机碳埋藏与保存的热点区域，可形成有效的碳汇。因此，需要深入探究河口锋面对物质输运的屏障作用，以及对内陆架碳埋藏的重要贡献。

3 潮汐锋与陆架坡折锋的生态效应

大多数沿岸锋面的形成都与潮致混合密切相关。沿岸区域的潮汐能量耗散较高且存在较强的湍流混合，故能够克服季节性水柱分层形成一个潮致强混合区，它与层化的离岸深水区之间会形成潮汐锋面（图4a）。受非线性潮汐的强烈影响，近岸水团的非对称潮汐混合和斜压涡存在不稳定性，有利于物质的跨锋面输运[83-84]。例如，大潮增强的混合作用可迫使锋面向离岸方向移动，部分层化水体因此转变为混合状态，故近岸与深层水的营养物质会被输送到离岸的上层水体中，有效支持浮游植物生长[55,85]。此外，风应力诱导的埃克曼（Ekman）输运会在短期内将水体和颗粒物质从层化区输运至混合区，为上层水体浮游植物的生长提供营养物质[55,86]。我国山东半岛锋面、闽浙沿岸锋面等近岸锋面系统均有此特征。

图4 潮汐锋与陆架坡折锋的垂向结构示意图Fig.4 The vertical structure of tidal fronts and shelf-break fronts

山东半岛和苏北浅滩外侧夏季锋面的形成与黄海冷水团密切相关。黄海冷水团是一个以低温为主要特征的巨大水团，存在于黄海中部的深水区，它与上混合层之间形成较强的温、盐跃层，受潮混合作用的影响，其周围会形成水平梯度很强的温盐锋面[87]。冷水团中有机质分解后产生的营养盐会积聚在底部水体，形成一个巨大的营养物质贮库，而冷水团边界锋区的潮致上升流能够将底层营养物质输送到上层水体，助力上层水体的生物生产（图5）。已有研究表明，夏季由南黄海冷水团边界锋区上升流输送至真光层中的溶解态无机氮、磷酸盐和硅酸盐通量可分别达1.44×103μmol/（m2·d）、0.11×103μmol/（m2·d）和2.01×103μmol/（m2·d），约占总营养盐供应量的30%～50%；在受冷水上涌影响的区域，营养盐通量与水柱积分叶绿素a 和初级生产力之间均呈显著的正相关关系[88]。此外，受海水富营养化过程的影响，我国大部分近岸海域存在氮磷比例失衡的问题。有研究表明黄海冷水团存在有效的脱氮作用[89]，故冷水团边界锋区上升流可在一定程度上改善上层水体中营养盐结构失调的状态。夏季冷水团边界锋面还能够有效阻碍悬浮泥沙由近岸向远岸的输运，使得近岸高浊度水体与离岸海水之间存在清晰的边界（图5）。这一现象在苏北浅滩外侧尤为显著，冷水团锋面海域浊度明显降低，为离岸浮游植物的繁殖提供了良好的光照条件[90]，并伴随着高丰度的浮游纤毛虫[91]。

图5 夏季黄海冷水团锋区的主要生态特征Fig.5 The primary ecological characteristics near the frontal zone of the Yellow Sea Cold Water Mass in summer

冬季，受黄海暖流入侵影响，黄海冷水团逐渐消失，锋面逐渐演变为黄海暖流与沿岸水交汇而形成的温度梯度，同时，黄海沿岸流在北风驱动下沿锋面南下，从而对山东半岛海域的物质输运起到重要的作用。在水平方向上，锋面的“屏障效应”给近岸物质的跨锋面离岸水平输运带来难度，使得悬浮颗粒物主要集中在锋面的向岸一侧，例如，受锋面的屏障作用影响，山东半岛成山头附近海域的泥质沉积区在形态及空间位置上形成与“Ω”型锋面结构相对应的特征[94-95]。Wang 等[96]通过高分辨率的数值模拟也发现，锋面不仅影响山东半岛近岸海域悬浮物质的输运和沉积，而且还在一定程度上控制着泥质区的发育。Lin 等[46]利用卫星遥感和现场观测发现，江苏沿岸冬季锋面的叶绿素a 高值条带与锋面对悬浮泥沙跨锋面输运的限制作用密切相关，悬浮泥沙浓度在锋面附近快速降低，导致锋面外侧的光照水平显著提升，促进了浮游植物的生长。Lü等[97]通过对20 年的卫星遥感数据与观测数据的比较研究发现，山东半岛冬季锋面强度与结构变化能够影响混合层深度与湍流扩散速率，春季松弛的锋面有助于提高水体稳定度并促进混合层变浅，这些物理过程不仅能够帮助浮游植物在上层水体积聚，还会加速营养盐从近岸向陆架的输送，对离岸浮游植物春季水华的暴发时间和规模起到重要的调制作用。此外，锋面区域产生的潮致上升流对营养盐向上层水体的垂向输送具有重要影响。胡好国等[98]利用三维物理-生物耦合模式发现，南黄海锋面区域叶绿素a 质量浓度高值区的成因与锋区较强的垂直涡动扩散相关，海水底层的营养盐可以通过混合输送到表层。锋区上升流引起营养盐垂向输运并支撑着高生物量的浮游植物，这为黄海鳀鱼的产卵、育幼提供了充足的食物，在黄海大海洋生态系统的形成和维持过程中发挥着重要作用[93,99-101]。

锋面的上述生态效应在闽浙沿岸、闽南-粤东、粤西-琼东、南海西南部均有观测报道[102]。闽浙沿岸锋面与台湾东北部向东海陆架的涌升流，在支撑东海内陆架的生物生产方面发挥着重要作用[103]，特别在舟山群岛以南海域[104]。该区域的上升流主要来自黑潮次表层水，富含磷酸盐且营养盐结构合理（N/P 比值约为14～15.4），可以改善近岸海域磷酸盐限制与N/P 比值过高的状态[105-106]。然而，闽浙沿岸锋面上升流同时也会输送大量来自底泥的藻类孢囊，它们可以在光照、温度和营养盐合适的情况下萌发，并结合锋面的辐聚作用形成赤潮[107-108]，对生态系统健康产生一定的负面效应。例如，Dai 等[109]和曾宇兰等[110]发现东海原甲藻（Prorocentrum donghaiense）赤潮暴发早期主要出现在闽浙沿岸锋面处，故认为锋面是原甲藻赤潮发生的种源地。此外，黑潮水中的一些甲藻也会随上升流到达闽浙锋面处，成为赤潮暴发的种源[108]。这些研究对理解闽浙沿岸锋面直至长江口的大面积赤潮、缺氧等生态灾害现象具有重要参考价值。

在陆架坡折处，盐度较低且偏冷的陆架水与盐度较高且偏暖的大洋水相遇，会形成陆架坡折锋面（图4b），该类锋面形成时会受到海气耦合和斜坡地形的共同作用，故通常沿等深线分布[111-112]。锋面对大气混合层的影响会削弱垂直切变并加强海表面风，强风进而促进垂直混合，将营养物质丰富的底层水携入上层透光区，可显著提升海洋初级生产力，有力支撑了海洋渔场的渔获量[113-114]。此外，沿锋面急流和跨锋面二次环流的存在可进一步加强底层营养盐向上层水体的输送能力，为次表层浮游植物的生长提供有利条件[42,115-116]。例如，形成于新西兰南岛东南沿海的陆架坡折锋，能够将常量营养盐缺乏但铁含量相对丰富的亚热带暖水与常量营养盐丰富但缺乏铁和硅酸盐的亚南极冷水混合起来，显著提高该区域的初级生产力水平，支撑深水鱼类资源[117-118]。

黑潮锋面属于典型的陆架坡折锋，由西边界流及东海大陆坡联合作用形成。20 世纪80 年代，我国“向阳红”09 号调查船对（128°30’E，25°～33°N）以西海域进行了多学科综合性调查，在黑潮西侧的上升流诱导锋面内，发现叶绿素a 质量浓度可增加到0.3 mg/m3，而黑潮其他水域的叶绿素a 质量浓度则低于0.2 mg/m3[119]。最初认为近岸陆架锋和黑潮锋的屏障作用，会留储营养物质自近岸区向外扩散的通量，从而有助于浮游植物在黑潮锋靠陆架侧生长，导致叶绿素a 高值区的产生[120-121]。Chen 等[42]利用海洋-大气耦合模型研究了锋面海气相互作用和相关海洋环流对营养盐输送和初级生产的影响，发现锋面上升流可以加强水体垂向混合作用，从而促进富含营养盐的底层水向真光层的输送，支撑浮游植物在该区域的生长。随后，科学家认识到锋面过程的复杂性和不稳定性同时还会诱导涡旋和次级环流的产生，对物质的跨锋面、跨跃层交换产生重要影响。黑潮北上过程中与东海陆架水的相互作用主要通过锋面涡旋进行。在黑潮锋面涡存在的情况下，被泵吸到真光层并向陆架方向输运的NO3-N 量可达1.7 × 105t/a，这些营养盐可以通过上升流进入东海内陆架[122]。类似现象，在南海西南部锋面上升流区亦有报道，发现上升流区存在活跃的细丝状和涡旋状次中尺度过程[123-124]，其水平尺度约为1～10 km，可以提升锋面处的垂向流速，是物质垂向交换的重要途径[125]。

Yuan 等[49]根据卫星遥感叶绿素a 质量浓度和海表温度数据，首次报道了夏、秋季东海闽浙沿岸的跨陆架穿刺锋面，其尺度在百千米范围内。研究显示，风场作用下长江冲淡水南下并堆积在闽浙沿岸是穿刺锋面产生的一个重要前提，而风场和台湾暖流在穿刺锋面运移过程中发挥着重要作用[126]。东海穿刺锋面无疑能够增强跨陆架方向的水体和物质输运。穿刺锋面可成为具有较高营养盐的内陆架水与低营养盐外海水交换的重要通道，进而将内陆架营养盐向外海输出，故穿刺锋面区往往伴随着叶绿素的高值[52,126]，这也在一定程度上证实了穿刺锋对物质输运和生态过程的影响。Ren 等[51]还报道了东海穿刺锋面对溶解态铝分布和输运的影响，并由此发现该锋面在扩展过程中存在方向偏转现象。综上可以推断，穿刺锋面与闽浙沿岸锋面一起形成复杂的锋面结构，穿刺锋面作为驱动东海物质离岸输运的重要物理过程，与黑潮次表层水向岸入侵和内陆架上升流的向岸输运相对应，共同驱动了该区域生态系统的物质与能量交换过程。

4 锋面的生态区划功能

锋面的屏障作用除了影响物质的交换，还可以限制两侧水团中不同生物群落的交换，在锋面上则可以形成一个群落交错区，使锋面两侧保持相对独立的生态系统[7,127]。这个功能在浮游生态学研究中尤显重要，它能够帮助研究者在空间上更好地认识群落分布的规律和控制机制。除上文中提到长江口锋面对浮游植物组成存在梯度效应之外，我国学者基于遥感、流式细胞技术和色素分析等方法，在多个海域观测到浮游植物的物种多样性与粒度结构在锋面两侧存在显著差异。例如，在黄海沿岸锋面，研究者发现硅藻和甲藻在锋面近岸一侧的丰度更高，而蓝藻、青绿藻、聚球菌和真核浮游生物在锋面离岸的黄海暖流一侧丰度更高[128]。这种空间差异同样在浮游植物的粒级组成研究中得到证实。Fu 等[129]的研究发现黄海中部主要以微微型和微型浮游植物为主，而近岸则以小型浮游植物为主。再如对南海北部陆架锋面的观测表明，硅藻在以锋面为界的近岸水团（＜ 50 m）中，全年均呈现出较高的优势度，其次为甲藻、青绿藻和聚球藻；而陆架水团（50～200 m）中的浮游植物多样性相对较高，且具有显著的季节变化，夏季以硅藻为主，春季以原绿球藻和聚球藻为主，秋冬季则以定鞭藻和青绿藻为主[130-131]。

有学者还发现锋面对有害藻华空间扩展范围有限制作用。例如，南黄海浒苔（Ulva prolifera）在漂移过程中会受到苏北沿岸锋面的限制，其分布的东边界与锋面上升流的位置大致重合，尤其在苏北近岸海域[132]。Qi 等[133]通过分析20 年的卫星产品，亦发现东海夜光藻（Noctiluca scintillans）赤潮的分布范围始终受到锋面结构的限制，其中，闽浙锋面和黑潮锋面成为夜光藻赤潮的两侧外边界，而赤潮北边界则与长江浅滩环形锋面的位置吻合。Liu 等[134]利用双向指示种分析法对东中国海沉积微化石类群（硅藻、甲藻和硅鞭藻）的空间分布开展了综合研究，并与东中国海的锋面结构进行了空间重合分析，发现锋面不仅是上层水体浮游植物群落的重要生境边界，亦是区划不同沉积微化石生境类群的重要生境边界（图6）。依据水团性质和锋面结构，将东中国海沉积硅、甲藻类群划分为近岸类群、黄海陆架类群、长江冲淡水类群和东海陆架类群四大类群以及14 个亚类群，其中上升流对长江环状锋面的影响清晰可见（图6）。这些研究结果将海洋生物纬度变化梯度与锋面结构的变化联系起来，对于启发我们综合认识海洋生物的空间分布规律具有重要的科学意义。

图6 东中国海沉积硅藻、甲藻和硅鞭藻类群分布与锋面结构的空间关系Fig.6 The spatial relationship between fronts and microfossils（diatoms,dinoflagellates and silicoflagellates）in the Eastern China Seas

5 结 语

综上所述，历经数十年的研究积累，我国边缘海锋面的类型、结构、季节变化特征与机制逐渐清晰；对锋面以及锋面区域的生态效应取得了较好的认识，包括调控我国近海泥沙的输运格局、补充上层水体中的营养盐、提升浮游植物生物量、划分群落生境等方面。需要指出的是，本文主要针对尺度相对较大的锋面（几十至几百千米）研究进行了回顾与总结。我国边缘海锋面结构复杂，且受观测分辨率的限制，锋面涡、锋面波以及穿刺锋面等亚中尺度、小尺度现象及动力机制研究仍相对较少。未来结合卫星与数值模式指导的精细化海洋观测，以及锋面区域的多学科交叉研究仍需加强。锋面生态效应的研究可进一步扩展到食物网层面，并从定量化的角度去认识中小尺度物理过程在海洋生物地球化学循环中的作用。