大亞灣及其鄰近海域夏季溫度、鹽度的分布特征

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.廈門大學近海海洋環境科學國家重點實驗室、海洋與地球學院，福建 廈門 361102；3.南方海洋科學與工程廣東省實驗室(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半封閉淺水灣，平均水深約為10 m，灣口海域寬闊。大亞灣受東亞季風控制，6—8月為西南季風期，10月至翌年3月為東北季風期，其他月份為季風轉換期[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研究的熱點問題之一。曾剛等(1991)利用1986—1987年大亞灣生態零點調查中的實測資料，討論了大亞灣海水溫度時空分布，指出了溫度分布整體上呈現從灣內向灣口減小、西岸高于東岸的特征，且表、底層溫度年變化趨勢相似[4]；張炳楷等(1990)利用同一時期的溫鹽資料分析了大亞灣海水溫度、鹽度的季節變化特征，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致了灣內5—10月出現較強的季節性溫躍層[7-8]。張炳楷(1992)通過對比1987年與1989年大亞灣溫鹽結構的差異，發現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大辣甲附近誘導的涌升水強度有所差異[9]。

近年來，隨著大亞灣核電站和嶺澳核電站的建成運營，這兩個核電站的溫排水對灣內水溫的時空分布特征產生了一定的影響，進而成為影響研究海域生態環境的重要因素[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 ℃，呈現明顯的東南向帶狀分布[11-12]，并隨著潮流向灣內輸運。具體表現為：落潮時溫排水向灣西南海域輸運，在一個潮周期內可到達灣口并繼續向大鵬澳運動；漲潮時溫排水輸運方向大體相反，在排水口附近隨潮流向東北移動[13]。

已有的研究主要針對大亞灣溫度、鹽度的季節變化特征，而對于該海區夏季溫度、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準同步連續CTD觀測資料，分析大亞灣及鄰近海域調查期間的溫度、鹽度分布及其日變化特征，并初步探討其可能成因。

1 數據及方法

本研究所采用的數據為2018年7月12日—17日大亞灣大潮期定點準同步連續觀測的溫鹽資料。共布設了12個觀測站(圖1)，通過6條船分兩個階段進行定點準同步連續觀測，每個階段觀測6個站。其中，第1階段(12日9：00至13日9：00)觀測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C02至C07站，所有站位均位于灣內。

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

上述每個站的觀測要素均包括溫度、鹽度，通過便攜式CTD (AML BaseX，加拿大 AML Oceanographic公司)每1 h進行1次溫鹽剖面觀測，CTD采樣頻率為25 Hz，觀測25 h，每個站位均共獲得25個剖面數據。對溫鹽原始數據進行質量控制[14]后，獲得了垂直方向上1 m間隔的溫鹽數據。同時采用CTD (SBE37，美國Sea-Bird Electronics公司)進行固定層(2 m層)溫鹽時間序列觀測。

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

本研究中使用了ASCAT 衛星遙感海面風場資料[16]。空間水平分辨率為 0.25°×0.25°，時間分辨率為日平均，時間跨度為2018年7月4日—12日。海表溫度(Sea surface temperature,SST)數據是來自美國國家海洋氣象局(NOAA)提供的空間分辨率為0.25°×0.25°的OISST逐日海表溫度數據，時間跨度為2018年7月4日—12日(https://www.ncdc.noaa.gov/oisst/data-access)。

2 結果與討論

2.1 高、低潮時溫鹽平面分布特征

2.1.1 低潮時 從圖3可以看出，低潮時，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 ℃，灣外水溫相對較低，因此從灣頂至灣外形成“內高外低”的分布形態。10 m層溫度由灣口向灣外遞減，水平溫差達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灣口增加的態勢。在大辣甲至C09站附近為一大面積高鹽區，鹽度高于31.00。10 m層鹽度分布也大體呈灣內低、灣外高的特征，并可見鹽度分布經灣口東側向灣外遞增，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圖中實線代表6船同步觀測期的潮位變化，虛線代表余下時段的潮位變化。

從溫鹽分布特征(圖3)可知，低潮時灣內主要為高溫低鹽水，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。

圖3 大亞灣及其鄰近海域夏季大潮期低潮時不同層位溫度、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 高潮時的溫鹽平面分布特征如圖4所示，由于灣外相對低溫高鹽海水的推進，因而表層(1 m層)溫度較低潮時低，溫度介于28.06～29.14 ℃之間，平均溫度為28.58 ℃，比低潮時低0.55 ℃。等溫線向灣頂收縮，空間分布形態與低潮時的大體一致，灣北部溫度最高，灣口溫度較低，因此從灣頂至灣外也呈現“內高外低”的分布態勢。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

高潮時的表層鹽度分布與低潮時相似但鹽度略高，平均鹽度為31.00，比低潮時的鹽度高0.02，相對高鹽度(31.20)海水的影響范圍明顯大于低潮時，最北可達C06站。10 m層也可見與低潮時類似的灣頂高、灣口低的分布特征，但高潮時，灣內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、低潮時溫鹽斷面分布特征

為了揭示調查區域溫鹽的垂向分布特征，我們根據調查站位選取一個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，該圖呈現出大亞灣溫度“內高外低”，鹽度“內低外高”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(C05至C07站之間)水深不足15 m，灣內區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、低潮時溫度及鹽度都呈現明顯的層化結構，溫躍層及鹽躍層均較強。高潮時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；溫度和鹽度躍層強度分別約為1.11 ℃/m和0.37 /m。低潮時溫、鹽躍層強度均比高潮時小，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)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7.50 ℃。這是由于夏季太陽短波輻射強，表層海水溫度較高加之有外海底層冷水入侵，層化現象加強，表層熱量向下傳導的速度減緩，致使溫差較大。

陳義斌等(1993)在1988年的觀測中發現來自粵東上升流區的底層冷水可入侵至大鵬澳[17]。然而，本研究觀測期間冷水并未入侵至灣內，僅出現在灣口附近，意味著調查期間上升流較弱。已有研究表明，夏季西南風是粵東上升流的主要驅動機制，地形則決定了上升流的空間分布[18-20]。調查期間逐日海面風場及SST變化如圖6所示，從圖6(a)可以看出，調查前期(7月4日)粵東沿岸為有利于上升流形成的西南風控制，近岸水溫(小于27 ℃)較外海明顯偏低，說明調查前期上升流較為強盛。7月8日，海面風場轉向為東風/東北風，并持續至16日。從圖6(b)、(c)可以看出，在東風/東北風的持續作用下，近岸SST明顯上升且低溫水范圍縮小，意味著上升流減弱，說明調查期間偏東風的存在不利于粵東沿岸上升流的發展與維持，從而抑制了粵東底層冷水的涌升和入侵大亞灣內。因此，調查期間，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，入侵跡象僅出現在C07站及其外部海域。

圖6 2018年7月南海北部風場及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、鹽度垂直分布的時間序列圖(圖7、8)。由圖7可見，雖然調查海域下層溫度日變化不明顯，但上層溫度日變化顯著，且因區域而異。位于灣外6個站(C01、C08至C12)的上層溫度主要受太陽短波輻射的主導作用，在短波輻射達到極大值時刻(一般為12:00—13:00之間)的2～3 h內(即15:00左右)達到最大值[21]，之后溫度開始下降，最低值出現在次日06:00前后。灣內因受多種因素影響，上層溫度日變化特征較為復雜。除了C02站外，其余5個站(C03至C07)溫度均在18:00左右達到最大值，從圖9可以看出，溫度和鹽度的極值點都與潮時相近，可能體現的是潮汐的影響。C02站較為特殊，溫度在午后開始增加，最大值出現在次日上午09:00。該站點海溫變化明顯異于其他站點，其變化與太陽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，因此該站點獨特的海溫變化很可能是由核電站溫排水引起的，我們觀測到的海水鹽度的同步變化進一步提供了佐證。

圖7 2018年7月大亞灣及其鄰近海域各CTD觀測站位溫度剖面時間序列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，C02至C07為16日9：00至17日9：00觀測，下同。

圖8 2018年7月大亞灣及其鄰近海域各CTD觀測站位鹽度剖面時間序列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，底層最穩定。位于灣外的6個站(C01、C08至C12)上層鹽度日變化較小，其下鹽躍層呈現明顯的不規則半日變化，體現了潮汐作用的結果。灣內鹽度變化較為復雜，區域間差異顯著，鹽度日變化主要表現為晝高夜低。C07站處于灣內、外海水的交匯處，鹽度于午后開始逐漸增大，并在18：00達到最大值，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，溫排水輸入使得觀測期間鹽度持續降低，這與溫度日變化過程互相印證。C05站存在兩個鹽度峰值，分別在18：00與次日06：00左右達到極值[圖8(e)]，因與低潮時相近，可能與潮汐作用有關，但由于觀測時間短，這一現象的成因還有待更多的觀測資料進一步研究。

3 結論

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準同步連續觀測的CTD資料，分析了調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。獲得了如下結論：

(1)大亞灣夏季大潮期表層溫度呈“內高外低”的分布特征，鹽度呈“內低外高”的特征；灣內水體具有低溫高鹽的特性，來自灣內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構，這一結構可影響至灣口大辣甲附近。

(2)大亞灣溫鹽斷面分布也表現出與平面分布一致的特征。灣內由于水深較小，海氣界面較強的動量交換可影響至底層，灣內垂向上充分混合；灣外測站在垂向上可發現兩個性質不同的水團上下疊置，存在溫度和鹽度躍層且躍層強度較大。

(3)調查期間的溫鹽日變化按其特征和影響因素可劃分為3個主要的區域。第一個是灣外區域，受太陽輻射影響，溫度日變化與太陽輻射強度的日變化趨勢相對應，一日內出現一個最大值和一個最小值。第二個是灣內的中東部海域，受不規則半日潮影響，日變化過程由潮流的周期性運動所致，一日內存在兩峰兩谷，極值出現的時間與高潮、低潮時相近。第三個是灣內西部核電站附近海域，其溫度變化較為獨特，與太陽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。