2008年與2009年黃海綠潮漂移路徑分析

高 松,黃 娟,白 濤,曹雅靜,吳玲娟,鐘 山

(1.國家海洋局北海預報中心,山東 青島 266033;2.山東省海洋生態環境與防災減災重點實驗室,山東 青島 266033)

1 綠潮及其災害國內外現狀

大型海洋綠藻過量增殖的現象,被稱為“綠潮”(Green Tides)。綠潮已成為世界范圍內的近海、海灣和河口等海域一個普遍的現象。從1980年開始,美洲的美國、加拿大,歐洲的丹麥、荷蘭、法國、意大利,亞洲的日本、韓國和菲律賓等國家,均發生過綠潮災害,法國沿岸海域的情況尤為嚴重,受綠潮危害的濱海城市達103個。Morand和Briand[1]列舉了包括美洲在內的37個國家受綠潮影響的國家,而這一數字還在增加[2]。Schrammm和 Nienhuis[3]也列舉了歐洲和亞洲受綠潮影響的114個地區。

2007年,中國黃海中、南部海域首次發現由滸苔大量增殖引發的綠潮,此次綠潮呈稀疏帶狀分布,過程持續約45 d。2008年和2009年在相同海域又相繼發生規模更大的綠潮,基于 MODIS和 SAR[4]的衛星影像反演結果,2008年綠潮分布最大面積為33 000 km2,實際覆蓋面積為1 500 km2,出現在6月下旬;2009年綠潮分布最大面積為 51 000 km2,實際覆蓋面積為1 600 km2,出現在7月中旬(圖1)[5-7]。

2 2008年與2009年黃海綠潮漂移路徑差異機理分析

2.1 黃海綠潮漂移趨勢分析

2008年和 2009年兩年綠潮的漂移趨勢明顯不同。根據 MODIS和 SAR的衛星影像反演結果顯示:2008年5月中旬,在鹽城外海域發現稀疏綠潮分布;5月底至六月下旬,江蘇如東、連云港海域出現大面積漂浮綠潮,綠潮分布面積逐漸擴大,并向北偏西方向漂移,在青島及周邊海域聚集、發展,6月25日前后,漂浮綠潮先后大量登陸青島、日照、煙臺、海陽等市沿岸,6月29日前后,綠潮分布面積達到最大為33 000 km2,實際覆蓋面積1 500 km2。其后,一直維持對該海域的影響,直至7月中下旬,綠潮分布面積明顯減小;8月上旬聚集綠潮基本消失(圖 2)。 2009年黃海綠潮發生比2008年晚約15 d。6月初在黃海中部鹽城外海域發現明顯漂浮綠潮;6月中下旬黃海中部海域出現大面積漂浮綠潮,通過解譯6月22日MODIS衛星影像綠潮分布面積約為17 000 km2,最近距青島大公島68 km;此后綠潮緩慢地向北偏東方向漂移,至 7月中旬綠潮分布面積達到最大為51 000 km2,實際覆蓋面積為1 600 km2;7月下旬綠潮分布在青島、煙臺、海陽等市近岸海域,之后逐漸消亡(圖2)。2009年綠潮的規模比2008年更大,但綠潮影響停留在青島、煙臺、海陽等市近海海域,僅有零星綠潮登陸青島沿岸;這于 2008年大量綠潮登陸青島的情況明顯不同。

圖1 利用MODIS衛星解譯的2008年和2009年黃海海域綠潮分布圖Fig.1 The distribution of Green Tides in the Yellow Sea by MODIS in 2008 and 2009

圖2 利用MODIS衛星解譯的2008年和2009年黃海綠潮漂移趨勢圖Fig.2 The drifting trend of Green Tides in the Yellow Sea by MODIS in 2008 and 2009

2.2 黃海綠潮發生期間季風差異分析

綠潮漂移路徑主要受海面風和表層海流的共同影響[8]。利用 QSCAT海面風資料在綠潮發生期間進行平均。2008年5月中旬至 6月底黃海中部和南部海域明顯偏東風異常,風向在 SE—ESE,風速約為3～4 m/s。而2009年6月至7月中旬該海域基本為S風,風速約為4～5 m/s(圖3)。在綠潮從35°N北漂至山東近岸期間,2008年和2009年的風向相差近 50°,2009年風速略大。2008年和 2009年綠潮漂在主體向北漂移過程中,是向西偏移重點影響青島海域,還是向東偏移重點影響煙臺、威海海域,江蘇至山東半島之間海域的季風情況起到關鍵作用。

2.3 黃海綠潮發生期間環流差異分析

2.3.1 黃海環流分析

利用楊德周[9]采用 ROMS模式(Regional Ocean Model System)建立的中國近海數值模式結果進行環流分析。圖4為2008年和2009年綠潮發生期間黃海海域表層平均環流場。由圖4可以看出,2008年綠潮發生期間,在東南風的作用下,江蘇至山東半島南岸海域表層平均流主要為偏北向,流速為 0.05～0.15 m/s。而2009年綠潮發生期間,在偏南風的作用下,該海域表層平均流為東北向,流速約在 0.05～0.15 m/s。

2.3.2 青島近海環流分析

利用2008年和2009年浮標搭載的ADCP (acoustic Doppler current profilers)的表層海流觀測資料進行余流分析。2008年 B 浮標位置為 120°26′E,36°02′N,觀測時段為 2008 年 7 月 12～31 日,觀測頻率為1 h;2009年B浮標在2008年B浮標南側,位置為 120°26′E,36°01′N,觀測時段為 2009年5月13日～6月15日,測頻率為1 h。采用24 h截斷周期對海流數據進行低頻濾波。圖5給出2008年和2009年B浮標濾波后的表層流分布特征。2008年N-S向余流N向流和S向流交替出現,E-W 向余流E向流和W向流交替出現,平均余流流速為3.6 cm/s,流向為245°;2009年N-S向余流基本為N向流,E-W向余流基本為E向流,平均余流流速為2.2 cm/s,流向為68°。2008年和2009年的平均余流流向相反。

圖3 2008年和2009年綠潮暴發期間QSCAT平均風場Fig.3 The mean wind by QSCAT during the time of Green Tides outbreak in 2008 and 2009

圖4 2008年和2009年綠潮暴發期間模擬表層環流場Fig.4 The mean surface current by modeling during the time of Green Tides outbreak in 2008 and 2009

3 結論與討論

圖5 2008年和2009年B站位浮標表層海流時間序列的濾波效果圖Fig.5 The time series filtering diagrams of sea surface current at B buoy in 2008 and 2009

綜上所述,2008年與2009年綠潮漂移路徑的不同,主要是由綠潮發生海域的季風差異及其引起的海表面環流差異共同作用的結果。綠潮漂移路徑基本位于海面風和海表環流方向夾角中。2008年綠潮發生期間黃海海域偏東風異常,江蘇至山東半島南岸海域表層平均流為偏北向,青島附近海域低頻余流為偏西向流,致使綠潮的漂移方向為西北向,在青島近岸海域發生聚集。2009年綠潮發生期間黃海海域以偏南風為主,江蘇至山東半島南岸海域表層平均流為東北向,青島附近海域低頻余流為偏東向流,綠潮漂移方向為東北向,綠潮主體影響煙臺、威海海域。

雖然,綠潮的漂移路徑由風流共同作用決定,已得到廣泛的共識[6,8,10],但2008年綠潮在靠近青島近海海域后,大量登陸青島沿海一線海岸,當地政府累計清運綠潮超過100萬t;2009年卻僅有零星綠潮在山東沿岸登陸,特別是7月中旬,綠潮密集區在距海陽、乳山僅數公里后,徘徊不前僅有少量綠潮登陸,這一現象尚無法很好地解釋。

[1]Morand P,Briand X.Excessive growth of macroalgae:A symptom of environmental disturbance[J].Botanica Marina,1996,39: 491-516.

[2]Morand P,Merceron M.Coastal eutrophication and excessive growth of macroalgae [C]//Pandalai S G.Recent Research Developments in Environmental Biology (1).Trivandrum: Research Signpost,2004:395-449.

[3]Schramm W,Nienhuis P H.Marine benthic vegetation recent changes and the effects of eutrophication [M].Berlin: Springer,1996.

[4]蔣興偉,鄒亞榮,王華,等.基于SAR快速提取滸苔信息應用研究[J],海洋學報,2009,31(2): 63-68.

[5]李大秋,賀雙顏,楊倩,等.青島海域滸苔來源與外海分布特征研究[J].環境保護,2008,402(8B): 45-46.

[6]喬方利,馬德毅,朱明遠,等.2008年黃海滸苔暴發的基本狀況與科學應對措施[J].海洋科學進展,2008,26(3): 409-410.

[7]葉乃好,張曉雯,毛玉澤,等.黃海綠潮滸苔(Enteromorpha prolifera)生活史的初步研究[J].中國水產科學,2008,15(5): 853-859.

[8]喬方利,王關鎖,呂新剛,等.2008與2010年黃海滸苔漂移輸運特征對比[J].海洋通報,2011,56(8):1470-1476.

[9]楊德周.東海陸架黑潮入侵及生態響應數值模擬研究[D].青島: 中國科學院海洋研究所,2011.

[10]徐兆禮,葉屬峰,徐韌,等.2008年中國滸苔災害成因條件和過程推測[J].水產學報,2009,33(3):430-437.