海洋鋒作用下環(huán)山東半島海域懸沙濃度多時(shí)間尺度變化

關(guān)鍵詞 環(huán)山東半島海域；溫度鋒面；懸浮泥沙；多年變化

0 引言

懸浮泥沙的輸運(yùn)擴(kuò)散是陸海相互作用的重要內(nèi)容[1]，陸源輸入和海洋動(dòng)力共同作用下海洋沉積物的侵蝕、搬運(yùn)和堆積過程是國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的重要科學(xué)問題。環(huán)山東半島海域是渤海與北黃海、北黃海與南黃海的過渡區(qū)域，是現(xiàn)代黃河物質(zhì)向外海擴(kuò)散的重要通道，同時(shí)發(fā)育全新世大型楔狀泥質(zhì)沉積體[2?3]。研究該海域懸浮泥沙的輸運(yùn)特征和影響因素，可以為渤黃海物質(zhì)交換、泥質(zhì)沉積體發(fā)育機(jī)制提供科學(xué)依據(jù)。同時(shí)，山東半島附近海域建有大規(guī)模海洋牧場(chǎng)，是支撐海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要戰(zhàn)場(chǎng)，懸浮泥沙濃度影響了水體濁度和透光度[4]，是影響海洋生態(tài)環(huán)境的重要因子。因此，研究懸浮泥沙的變化對(duì)山東半島海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展也有重要意義。

前人對(duì)山東半島附近海域的懸沙濃度分布、懸沙鋒面和溫度鋒面做了大量研究。鮑獻(xiàn)文等[5]利用冬、夏季北黃海調(diào)查海域的濁度資料通過線性擬合得到懸浮體的大面分布，認(rèn)為風(fēng)場(chǎng)的不同導(dǎo)致水體懸浮物分布特征和輸運(yùn)機(jī)制有明顯的季節(jié)性差異。余佳[6]利用MODIS月平均數(shù)據(jù)反演了黃海的懸浮泥沙濃度，并認(rèn)為懸浮泥沙的輸運(yùn)具有顯著的季節(jié)變化特征，冬季風(fēng)浪及沿岸流的強(qiáng)盛，使山東半島北岸和成山頭附近海域存在懸浮泥沙濃度高值區(qū)。劉傳玉[7]對(duì)中國東部近海溫度鋒面的分布特征和變化規(guī)律開展研究，分析了山東半島溫度鋒的形態(tài)、演變和成因。楊揚(yáng)等[8]使用SeaWiFS衛(wèi)星數(shù)據(jù)，反演出黃東海表層懸沙濃度并使用Sobel算法獲取懸沙鋒面，認(rèn)為黃東海懸沙次級(jí)鋒面的季節(jié)變化是水動(dòng)力條件季節(jié)變化的作用結(jié)果，其中風(fēng)浪的掀沙作用和冬夏季顯著不同的環(huán)流結(jié)構(gòu)是主要控制因子。王勇智等[9?11]通過潮流觀測(cè)和懸浮體通量計(jì)算，表明部分懸浮體可跨越沿岸流與黃海暖流形成的海流切變鋒進(jìn)行跨鋒面輸送，同時(shí)認(rèn)為夏季黃海冷水團(tuán)或冬季黃海暖流都對(duì)再懸浮沉積物有“水障”作用，并分別對(duì)其輸運(yùn)機(jī)制做出分析，認(rèn)為山東半島東側(cè)外海兩道強(qiáng)海流切變鋒控制了楔型泥質(zhì)區(qū)底積層上大量再懸浮體沉積物的分布，有利于泥質(zhì)沉積體的發(fā)育。陳標(biāo)等[12]系統(tǒng)總結(jié)了中國近海27條典型海洋鋒的時(shí)空分布特征，并按照鋒面系統(tǒng)的分布特征對(duì)中國海區(qū)進(jìn)行分區(qū)，分析各分區(qū)內(nèi)海洋鋒特征參數(shù)。藏政晨等[13]認(rèn)為鋒面的空間分布和季節(jié)性變化對(duì)黃海懸浮沉積物的輸運(yùn)有重要的控制作用，懸浮沉積物集中在溫度鋒面的向岸一側(cè)，難以跨越鋒面輸運(yùn)，鋒面對(duì)懸浮沉積物產(chǎn)生捕集效應(yīng)。

前人的研究集中于山東半島附近海域懸沙濃度水平分布的季節(jié)變化特征，而對(duì)其在以溫度鋒為主要表現(xiàn)形式海洋鋒面控制下的時(shí)空格局，尤其是年際變化研究較少。本文基于近十年海表溫度和懸沙濃度數(shù)據(jù)，開展月、季節(jié)和年際不同時(shí)間尺度下，溫度鋒面和懸沙濃度時(shí)空變化及兩者關(guān)系的研究，并進(jìn)一步探討冬季風(fēng)的作用。

1 資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本文使用的海表溫度遙感數(shù)據(jù)MURSST（MultiscaleUltra-high Resolution Sea Surface Temperature）來源于https：//coastwatch. pfeg. noaa. gov/erddap/files/jplMURSST41/網(wǎng)站，空間分辨率為0.01°，時(shí)間分辨率為1 天。使用的數(shù)據(jù)時(shí)間長度為2011 年1 月至2020年12月。

懸沙遙感數(shù)據(jù)來源于韓國海洋衛(wèi)星中心（http：//kosc.kiost.ac.kr/index.nm）GOCI（Geostationary OceanColor Image），空間分辨率為500 m。GOCI提供每天從上午8點(diǎn)到下午3點(diǎn)（北京時(shí)間）共8個(gè)時(shí)刻的觀測(cè)數(shù)據(jù)，時(shí)間間隔1 h。使用的數(shù)據(jù)覆蓋的時(shí)間段是2011年4月至2021年3月。GOCI共有8個(gè)波段，用于此次懸沙濃度反演的是490、555 和660 三個(gè)波段。

筆者還收集了88個(gè)站位的實(shí)測(cè)懸沙濃度數(shù)據(jù)，用于建立懸沙反演模型。實(shí)測(cè)懸沙數(shù)據(jù)站位分布于山東半島附近海域，數(shù)據(jù)觀測(cè)時(shí)間分別在2011、2012和2017—2020年。在調(diào)查站位利用CTD對(duì)標(biāo)準(zhǔn)層海水取樣，使用孔徑0.045 μm的醋酸纖維膜過濾定量體積的海水并烘干稱重，獲得單位體積海水的懸浮顆粒物質(zhì)量。

本文所用到的風(fēng)數(shù)據(jù)來源于https：//hycom.org/dataserver/ncep-cfsr 網(wǎng)站的CFSR （Climate ForecastSystem Reanalysis）。該數(shù)據(jù)提供海面10 m高度的風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)，時(shí)間分辨率是1 h，空間分辨率是0.2°。

1.2 數(shù)據(jù)處理

（1） 懸沙濃度的反演

首先將GOCI的L1級(jí)遙感數(shù)據(jù)經(jīng)過大氣校正等處理后，批量處理成L2級(jí)遙感反射率（Rrs）。基于收集的88個(gè)實(shí)測(cè)表層懸沙濃度數(shù)據(jù)，使用其中的44個(gè)建立由遙感反射率反演表層懸沙濃度（SSC，Suspended Sediment Concentration）的算法公式：

式中：Rrs555、Rrs660、Rrs490分別為555、660和490三個(gè)波段的遙感反射率。再使用另外44個(gè)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證公式的準(zhǔn)確性，經(jīng)驗(yàn)證，該公式反演獲得的表層懸沙濃度與實(shí)測(cè)值的擬合系數(shù)R2達(dá)到0.78，均方根誤差（RMSE）為0.32 mg/L。

對(duì)每小時(shí)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行月平均，基于公式（1）可反演獲得各月平均的表層懸沙濃度，繼而對(duì)十年各月數(shù)據(jù)分別平均，得到多年平均的1—12月各月海表懸沙濃度，再分季節(jié)平均得到四個(gè)季節(jié)的季節(jié)平均濃度。為定量研究海表溫度和懸沙濃度的年際變化，還對(duì)研究區(qū)（圖1b）范圍內(nèi)的海表溫度和懸沙濃度做了區(qū)域平均。

（2） 鋒面強(qiáng)度提取方法

海表溫度鋒是指海表溫度明顯不同的兩種或幾種水體之間的狹長過渡帶[14]，是海表溫度的躍變帶。本文使用梯度法提取海表溫度鋒面，取溫度矩陣數(shù)據(jù)每個(gè)點(diǎn)的x，y方向梯度，溫度梯度值GM由公式（2）計(jì)算[15]。

式中：SST為該像元上的海表溫度值。

目前關(guān)于溫度鋒的判別標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一，萬邦君等[16]對(duì)東海東北部的溫度梯度取值為0.1 ℃/n mile，劉傳玉[7]對(duì)黃海暖流鋒的判別標(biāo)準(zhǔn)為3 ℃/100 km，在不同的研究海域和不同的季節(jié)，劃分標(biāo)準(zhǔn)有所不同。本文主要研究多時(shí)間尺度下溫度鋒面的變化，為了避免弱溫度梯度對(duì)研究過程的干擾，在月變化和季節(jié)變化分析中僅繪制了強(qiáng)度大于0.1 ℃/km的溫度鋒面，而由于冬季鋒面較強(qiáng)，在研究多年1月溫度鋒面變化時(shí)，僅繪制強(qiáng)度大于0.12 ℃/km的溫度鋒面。

2 海表溫度水平分布和溫度鋒的時(shí)空變化

基于前人研究，海流切變鋒表現(xiàn)為鋒面兩側(cè)海流流向相反。在懸沙濃度值最高的冬季，山東半島東端外海的北向逆風(fēng)補(bǔ)償流與南向風(fēng)海流形成了兩道強(qiáng)海流切變鋒[11]。

通過對(duì)比數(shù)值模擬的37° N斷面海流南北向流速分量[17]與近十年平均表層溫度分布（圖2），可以明顯看到該斷面冬季126.7° E和123.2° E附近存在海流切變鋒，北向的逆風(fēng)補(bǔ)償流表現(xiàn)為高溫性質(zhì)，而南向風(fēng)海流表現(xiàn)為低溫性質(zhì)，因此海流切變鋒也表現(xiàn)出強(qiáng)溫度梯度特征，位置與溫度鋒面一致。而春、秋季由于南向風(fēng)海流較弱、流幅窄，海流切變鋒強(qiáng)度弱且位置向西擺動(dòng)，溫度梯度也較小，所以溫度鋒也較弱。夏季研究海域盡管也有海流反向特征，但懸沙濃度極低，在懸沙輸運(yùn)過程中貢獻(xiàn)也小。

總體來看，在懸沙濃度高、輸運(yùn)通量大的冬季，海流切變鋒與溫度鋒面位置對(duì)應(yīng)良好，考慮到不同時(shí)間尺度，尤其是長時(shí)間尺度的海流數(shù)據(jù)不易獲得，本文將基于海表溫度指示海洋鋒面的位置，用溫度梯度指示鋒面的強(qiáng)度，研究海洋鋒面與懸沙分布的關(guān)系，并重點(diǎn)關(guān)注冬季過程。

2.1 月變化

山東半島附近海域海表溫度分布有明顯的時(shí)間和空間變化特征。從時(shí)間上看，研究區(qū)海域8月水溫最高，然后開始降低，直到翌年2月水溫最低。從空間上看，研究區(qū)海域的海表溫度等值線呈沿等深線環(huán)繞山東半島分布特征，尤其是11月至翌年3月沿岸冷水在偏北風(fēng)作用下從萊州灣向山東半島東部擴(kuò)展，整個(gè)海域表層溫度具有“近岸低，遠(yuǎn)岸高”的特征，5月起，萊州灣由于水深較淺對(duì)海表熱通量升高反應(yīng)迅速，因此相較于山東半島其他海域表現(xiàn)為高溫特征。海表溫度鋒面月變化特征如下（圖3）：1月份海表溫度鋒面最強(qiáng)，可達(dá)0.2 ℃/km，可能與1月海表熱損失多近岸冷卻快，且強(qiáng)勁北風(fēng)下渤海冷水向黃海輸運(yùn)通量大有關(guān)；2月開始溫度鋒面強(qiáng)度逐月減弱，至9月溫度鋒面最弱?？臻g分布上，近岸冷水使得1月溫度鋒面可環(huán)繞山東半島北部、東部、南部連續(xù)分布，形狀似一個(gè)反“C”型，其中山東半島東南段的鋒面最強(qiáng)。12月和2月溫度鋒面雖與1月形態(tài)基本一致，但是東北段鋒面明顯變?nèi)?，這一現(xiàn)象將在第4部分展開討論。3月強(qiáng)鋒面只存在于山東半島東側(cè)。4—6月山東半島北部出現(xiàn)局部的強(qiáng)度較弱的溫度鋒面。7—9月溫度鋒面只存在于山東半島北部沿岸區(qū)域。10月開始，山東半島東南海岸出現(xiàn)較強(qiáng)溫度鋒面，11月山東半島東南部溫度鋒面繼續(xù)加強(qiáng)，到12月山東半島北部和東部近岸海域的溫度鋒面明顯增強(qiáng)，但是空間分布不連續(xù)。

鋒面的各月強(qiáng)度變化特征與表層溫度的月變化顯著相關(guān)，1月海面失熱多，偏北風(fēng)強(qiáng)，來自渤海的沿岸冷水較強(qiáng)，使得近岸表現(xiàn)為低溫特征，而外海水深，水體冷卻慢，且在北風(fēng)強(qiáng)勁時(shí)，逆風(fēng)高溫的黃海暖流可使表層海水也表現(xiàn)為高溫特征。因此，冬季近岸冷水與外海水形成明顯溫度梯度，環(huán)山東半島鋒面強(qiáng)。

2.2 季節(jié)變化

分別對(duì)12月—翌年2月、3—5月、6—8月和9—11月的海表溫度進(jìn)行平均，獲得2011—2020年冬、春、夏、秋季季節(jié)平均海表溫度和溫度鋒面分布。春季研究區(qū)溫度介于6.4 ℃～11.6 ℃；夏季溫度介于21.5 ℃～25.6 ℃，山東半島南岸沿海溫度較高，成山頭外海出現(xiàn)一個(gè)局部的低溫區(qū)，可能與該海域上升流有關(guān)[18]；秋季研究區(qū)溫度介于17.4 ℃～21 ℃，萊州灣由高溫區(qū)變成低溫區(qū)，研究區(qū)東南海域等溫線呈東—西向；冬季研究區(qū)溫度介于2.2 ℃～10.5 ℃，表現(xiàn)為近岸冷水，冷水東側(cè)受高溫高鹽黃海暖流影響延伸至渤海的大型暖水舌，導(dǎo)致該海域溫度梯度最大，同時(shí)也說明黃海暖流在冬季強(qiáng)盛期可影響至表層海水。

四季節(jié)中冬季溫度鋒面的強(qiáng)度最強(qiáng)，主要環(huán)山東半島分布，鋒面強(qiáng)度最大處位于山東半島的東南海域，該處溫度梯度可達(dá)0.2 ℃/km。春季溫度鋒面減弱，僅存在于山東半島北部和東南位置。夏季溫度鋒面只存在于山東半島北部近岸小范圍海域，且有少段高值區(qū)。秋季溫度鋒面僅存在于山東半島南部小范圍海域，該段鋒面在冬季發(fā)育成為高值區(qū)。

2.3 年際變化

考慮到1月是溫度鋒面強(qiáng)度最大的月份，因此本文統(tǒng)計(jì)了2011—2020每年1月的山東半島附近海域海表溫度變化情況。1月份，研究區(qū)溫度介于0.9 ℃～9.2 ℃，在年際變化上其空間分布（圖略）沒有顯著差異，但是從區(qū)域平均（計(jì)算范圍如圖1b）溫度變化可以明顯看到，2011—2020年1月海表溫度有明顯升高的趨勢(shì)（圖4a），平均每年升高0.25 ℃，十年升溫幅度達(dá)2.9 ℃，顯著高于1945—2006年62年間東中國海0.9 ℃的升溫[19]，體現(xiàn)了近年來中國近海水溫對(duì)全球氣候變暖的響應(yīng)變化。

1月是黃海暖流和山東半島沿岸流較強(qiáng)的月份，從而導(dǎo)致該海域形成全年最強(qiáng)的溫度鋒面（圖5）。各年1月山東半島北部溫度鋒面大致呈西北—東南走向，東南部溫度鋒面呈東北—西南走向。成山頭東北位置溫度鋒面相對(duì)較弱，在個(gè)別年份如2011年、2013年甚至不連續(xù)。影響鋒面強(qiáng)度的原因?qū)⒃诘?部分詳細(xì)討論。

3 表層懸沙濃度水平分布的時(shí)空變化

3.1 月變化

受黃河入海泥沙影響，在空間分布上，懸沙濃度的高值區(qū)主要分布在萊州灣黃河口、膠州灣和成山頭附近海域，低值區(qū)出現(xiàn)在山東半島南側(cè)的沿岸海域。時(shí)間分布上，除萊州灣黃河入?？谔幦陸疑碀舛榷际歉咧低猓綎|半島附近海域的懸沙濃度分布有明顯的月變化特征（圖6）。12月和1—2月，懸沙濃度的空間分布相似，懸沙濃度高值（gt;100 mg/L）區(qū)分布在黃河口附近海域、蓬萊北部海域和成山頭沿岸海域。整個(gè)研究區(qū)從近岸到外海懸沙濃度逐漸降低。3月懸沙濃度總體降低，山東半島東側(cè)高濃度懸沙范圍向岸收縮，懸沙濃度大于80 mg/L。4月懸沙高值區(qū)只分布在黃河口附近海域和成山頭海域，整體懸沙濃度降低。5—7月懸沙濃度高值區(qū)僅出現(xiàn)在膠州灣和五壘島近岸的小范圍海域。8—9月原來懸沙高值區(qū)的濃度降低，低于50 mg/L。10月懸沙濃度開始升高，空間分布與4月相似，山東半島北部沿岸流又開始攜帶萊州灣懸沙向東輸運(yùn)。11月山東半島北部的懸沙向東輸運(yùn)變強(qiáng)，出現(xiàn)70 mg/L 的高值區(qū)。

總體來看，沿山東半島北部由萊州灣輸往黃海的高濃度懸沙，主要在11月至翌年3月向東輸運(yùn)，且在該路徑上，懸沙濃度并非均勻分布，而是在長島、成山角附近海域表現(xiàn)為高濃度值，而在煙臺(tái)附近海域則表現(xiàn)為相對(duì)低值，尤其是在11月、2月和3月，高懸沙濃度等值線在該海域出現(xiàn)不連續(xù)情況。由此說明，大量高濃度懸沙由渤海向黃海輸運(yùn)，并非持續(xù)向東運(yùn)動(dòng)，而是階段性在山東半島北部和東部沉積，再在合適的天氣條件下（如12月、1月或冬季風(fēng)暴期）起動(dòng)再向東搬運(yùn)。同時(shí)，長島、成山角附近的高濃度值也可能與該海域強(qiáng)海洋動(dòng)力導(dǎo)致的再懸浮有關(guān)。

3.2 季節(jié)變化

研究海域懸沙濃度表現(xiàn)出“冬季高，夏季低”的分布特征，有明顯的季節(jié)變化特征。春季懸沙高濃度（gt;80 mg/L）區(qū)主要分布在黃河口和五壘島灣海域，20～40 mg/L懸沙濃度等值線大致環(huán)山東半島沿岸分布。夏季與春季的懸沙濃度空間分布相同，但是濃度值略有降低。受山東半島北部沿岸流的影響，秋季黃河口有50 mg/L以上濃度的懸沙向東輸運(yùn)，到冬季出現(xiàn)更大規(guī)模的輸運(yùn)。冬季山東半島北部沿岸流向東輸沙，冬季平均的表層懸沙濃度在煙臺(tái)海域也表現(xiàn)出低于東西兩側(cè)的低濃度分布特征。

3.3 年際變化

1月是山東半島沿岸流較為強(qiáng)盛的月份，同時(shí)伴有冬季的強(qiáng)勁北風(fēng)導(dǎo)致的再懸浮作用，所以在空間上高濃度懸沙分布的范圍較其他月份更廣（圖7）。2012年1月，山東半島北側(cè)海域懸沙濃度較高，大于150 mg/L，成山頭附近海域也分布高濃度懸沙。從2012年到2014年，1月的懸沙濃度持續(xù)降低，山東半島北部沿岸流從萊州灣到成山頭攜帶的泥沙大幅度減少，蓬萊和成山頭附近海域高值區(qū)（gt;150 mg/L）消失。2015年1月懸沙濃度重新增加到2013年1月的量值。2016年1月山東半島東南部海域高濃度懸沙一直向南延伸到36.3° N。2017年1月懸沙濃度的空間分布特征變化不大，但是懸沙濃度值小幅減少。2018—2019年萊州灣向東運(yùn)輸?shù)膽疑炒罅繙p少，導(dǎo)致萊州灣東部海域懸沙濃度低于60 mg/L。同時(shí)山東半島東側(cè)海域的懸沙濃度也減少。2020年1月萊州灣東部海域懸沙濃度又增大，2021年1月增大到130 mg/L。從區(qū)域平均的懸沙濃度變化來看，2012—2020年懸沙濃度總體呈降低的趨勢(shì)（圖4b），平均每年降低13 mg/L。研究海域懸沙濃度降低，可能與近年來來自渤海的懸沙濃度降低有關(guān)，后者可能與黃河輸沙量的減少以及渤海冬季風(fēng)減弱導(dǎo)致的再懸浮能力降低有關(guān)[20]。

另外，本文2015年1月懸沙濃度高值區(qū)分布的海域與劉琳等[21]根據(jù)遙感反演的結(jié)果一致，懸沙濃度50 mg/L等值線位置與冷星等[22]在2015年冬季4個(gè)站位得到的懸浮泥沙實(shí)測(cè)結(jié)果（表層懸沙濃度50 mg/L左右）一致，再次驗(yàn)證了反演結(jié)果的可靠性。

4 討論

4.1 海洋鋒與懸沙水平分布的關(guān)系

海洋鋒面對(duì)于懸浮泥沙的擴(kuò)散與沉降具有顯著影響[23]。從2012—2020年冬季平均的懸沙濃度和海表溫度鋒面（圖8）分布來看，研究區(qū)海表溫度鋒面與表層懸沙50 mg/L高濃度等值線分布有重合的趨勢(shì)，鋒面外側(cè)懸沙濃度迅速降低，低于20 mg/L，表明強(qiáng)溫度鋒面與懸沙水平分布具有一致性。而在成山頭東北海域溫度梯度值在0.12 ℃/km以下，溫度鋒面相對(duì)較弱，該處可以發(fā)現(xiàn)近岸高濃度懸沙向外海擴(kuò)散現(xiàn)象。

溫度鋒面對(duì)懸沙分布的控制作用，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。首先，溫度鋒面可以指示海洋流場(chǎng)或者海流切變鋒的分布情況（圖2b），而海流流場(chǎng)是影響懸沙分布的重要因素，鋒面處流速接近于0（圖2a），有利于懸沙的快速沉降，因此在122.7° E 和123.1° E附近雙鋒面處懸沙濃度大幅下降（圖2b）；而外海主要受相對(duì)“潔凈”的暖流水控制，懸沙濃度低。其次，溫度的突變會(huì)引起細(xì)顆粒泥沙絮凝沉降，根據(jù)蔣國俊等[24]在長江口的研究結(jié)果，在水溫、沉降歷時(shí)、鹽度、粒度、含沙量和流速等影響細(xì)顆粒泥沙絮凝沉降的主要因素中，水溫是影響最大的因素，當(dāng)水溫低于25 ℃時(shí)，細(xì)顆粒泥沙沉積強(qiáng)度極低，不超過0.2 mg/（L·s）；當(dāng)水溫高于25 ℃時(shí)，細(xì)顆粒泥沙發(fā)生絮凝沉降，懸沙沉降強(qiáng)度迅速增大，由于不同海域的影響絮凝過程的水溫臨界值有所差異，但除秋季外，環(huán)山東半島的水溫都表現(xiàn)為近岸低值，外海高值的分布特征，因此外海的相對(duì)高值也有利于懸沙的沉降。總體來看，溫度鋒面的存在阻礙了近岸高濃度懸沙的向外海擴(kuò)散。

至于山東半島東北部高濃度懸沙從弱溫度鋒面處向外?！疤右荨钡姆植继卣?，是近岸懸沙跨鋒面向外海輸運(yùn)的通道，可能與該海域地形誘導(dǎo)下海流輻散有關(guān)。該海域溫度鋒面強(qiáng)度較弱，溫度梯度小于0.12 ℃/km，加之40 m等深線（圖1b）有向海彎曲的特征，因此沿岸流在該海域向海輻散，導(dǎo)致高濃度懸沙等值線也表現(xiàn)為向海突出的特征。該現(xiàn)象將有利于近岸物質(zhì)與外海的交換。

4.2 冬季風(fēng)在溫度鋒和懸沙水平分布年際變化中的作用

根據(jù)以上分析，冬季是海洋鋒面強(qiáng)盛和懸沙濃度的高值期，而冬季風(fēng)是關(guān)鍵的影響因素，可能導(dǎo)致溫度鋒面的位置、強(qiáng)度和形態(tài)在不同的風(fēng)條件下發(fā)生變化[25]。記錄37° N斷面多年1月溫度梯度最大值及其經(jīng)度位置，分別指示溫度鋒面強(qiáng)度和位置，同時(shí)綜合當(dāng)年的1月平均的風(fēng)速數(shù)據(jù)，研究風(fēng)對(duì)溫度鋒面和懸沙濃度分布年際變化的影響（圖9）。

在37° N剖面上，溫度鋒面位置包絡(luò)了近岸的高濃度懸沙范圍（圖9a），當(dāng)鋒面向東擺動(dòng)，此時(shí)溫度鋒面強(qiáng)度偏弱，近岸高濃度懸沙則向海擴(kuò)展更遠(yuǎn)，如2012、2016、2018和2020年；反之，當(dāng)溫度鋒面位置偏西，此時(shí)鋒面較強(qiáng)，近岸懸沙向海擴(kuò)散范圍小。而溫度鋒面位置擺動(dòng)和強(qiáng)度變化，與冬季風(fēng)的風(fēng)速密切相關(guān)（圖9b）。研究海域1月盛行西北風(fēng)，當(dāng)風(fēng)速偏大時(shí)，溫度鋒面就向東擺動(dòng)，說明魯北沿岸流的勢(shì)力偏強(qiáng)，流幅寬，近岸冷水范圍廣。同時(shí)風(fēng)速偏大時(shí)，魯北沿岸流攜帶了更多的高濁度水體沿山東半島運(yùn)動(dòng)，以及強(qiáng)風(fēng)力下更多的沉積物從海床再懸浮，而在溫度鋒面以東海域，水深已近30 m，再懸浮作用較弱[26]，該處表層懸沙濃度的變化主要與平流輸送有關(guān)。

從多年變化來看，近年來該斷面處1月的風(fēng)速有增強(qiáng)的趨勢(shì)，按照以上風(fēng)速與表層懸沙擴(kuò)散范圍的關(guān)系，以及3.3部分對(duì)區(qū)域平均懸沙濃度值多年變化的分析，可推測(cè)環(huán)山東半島近岸高濃度懸沙向海影響范圍將變大，但濃度將變低。

4.3 懸沙沉積通量估算

研究海域還分布大型楔狀泥質(zhì)沉積區(qū)，根據(jù)前人在山東半島的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析，無論是冬季還是夏季，表層、10 m層、30 m層和底層懸沙濃度的高值區(qū)和低值區(qū)在空間地理位置呈現(xiàn)一致性[5]。假設(shè)沉積區(qū)的懸沙垂直分布均勻，并且全年水體中懸沙全部沉積，根據(jù)孫鈿奇等[27]通過地震屬性對(duì)沉積體的識(shí)別，該泥質(zhì)區(qū)覆蓋面積為3.611×1010 m2，再乘以水深，可估算2012—2020年每年懸沙的沉積量（表1）。

即使在現(xiàn)代沉積環(huán)境下，各年份沉積通量與Liuet al.[28]利用地震剖面和巖心樣品的放射性同位素估算出的山東半島泥質(zhì)沉積區(qū)沉積速率3.3×107 t/y量級(jí)一致，但量值略大?？紤]到高懸沙濃度主要出現(xiàn)在冬季近岸，且近岸海流向南為主，可以認(rèn)為山東半島海域?yàn)椴?、黃海物質(zhì)交換的重要通道，約有50%的泥沙向南輸往黃海。

5 結(jié)論

本文根據(jù)2011—2020的GOCI遙感反演懸沙數(shù)據(jù)和MURSST海表溫度數(shù)據(jù)，獲取了山東半島附近海域海表溫度、溫度鋒面和表層懸沙濃度的時(shí)空變化特征，并探討了溫度鋒面和懸沙濃度水平分布的關(guān)系。取得如下認(rèn)識(shí)。

（1） 冬季溫度鋒面的出現(xiàn)位置最偏東，強(qiáng)度最大，溫度梯度介于0.1～0.2 ℃/km，夏季溫度鋒面強(qiáng)度最?。?011—2020年1月山東半島附近海域海表溫度呈上升趨勢(shì)，十年升溫幅度為2.9 ℃，冬季溫度鋒面強(qiáng)度呈增大趨勢(shì)。

（2） 近十年冬季環(huán)山東半島的區(qū)域平均懸沙濃度呈降低趨勢(shì)，與來自渤海的懸沙濃度降低有關(guān)。

（3） 懸沙濃度高、輸運(yùn)通量大的冬季，溫度鋒面與海流切變鋒位置對(duì)應(yīng)良好，其阻礙了近岸高濃度懸沙向外海擴(kuò)散，而東北部弱溫度鋒面處是近岸高濃度懸沙跨鋒面輸運(yùn)的通道。

（4） 近十年冬季溫度鋒面的東西向擺動(dòng)和近岸高濃度懸沙向海擴(kuò)散距離，與冬季風(fēng)的強(qiáng)弱密切正相關(guān)；山東半島附近海域冬季風(fēng)有增強(qiáng)趨勢(shì)，近岸高濃度懸沙向海影響范圍將變大，但濃度將變低。