东海陆架海区是大陆与深海的过渡带, 也是陆源物质向深海输运的主要通道(杨作升等, 1991), 其物质、能量交换过程十分复杂, 海、陆相互作用强烈, 是世界上研究悬浮体“源-汇”过程的关键海域之一(郭志刚等, 2002; Li et al, 2016)。长江每年有将近4.8×10⁸吨的悬浮体输入到东海(Milliman et al, 1985), 而来源于台湾西侧入海河流以及老黄河口的悬浮体也是不能被忽视的(Dadson et al, 2004; Xu et al, 2009)。这些悬浮体大部分沉积在河口以及邻近的陆架海区, 仅有少于5%—10%的悬浮体被输入到深海(Meade, 1996)。沉积在东海陆架海区的悬浮体覆盖于末次冰期海侵砂质层之上形成泥质区(图 1)。悬浮体的分布和输运作为沉积物“源”与“汇”的连接点, 当前已受到海洋学家的高度关注。夏季, 东海陆源细颗粒悬浮体主要分布在沿岸流和冷水团区(Li et al, 2016), 且呈近岸高于外海, 底层高于表层的分布趋势(虞兰兰等, 2011)。悬浮体向深海输运总体呈现“夏贮冬输”的宏观格局(杨作升等, 1992), 而苏北沿岸流, 东海穿刺锋以及台湾暖流分支是东海陆架悬浮体向深海输运的主要通道(乔璐璐等, 2017)。东海陆架悬浮体的分布及输运主要受东海环流、风暴、潮流以及上升流的控制, 其中东海环流是主要的控制因素(郭志刚等, 2002; Liu et al, 2006)。

大洋水、南海暖水、黄海水以及陆地入海河流水汇聚于东海陆架, 形成了复杂的水团分布格局。多样的水团构成不仅导致东海陆架海水的理化性质存在差异, 而且各水团挟带的不同来源悬浮体也会对陆架海区沉积环境产生影响。本文根据2012年夏季在东海陆架海区开展海洋环境调查采集的水文资料, 对陆架海区水团进行划分, 结合同期采集的悬浮体调查资料, 探讨夏季东海陆架不同水团对悬浮体物质组成及粒度分布的影响, 为查明东海陆架海区陆源沉积物输运扩散机制、揭示海底沉积物来源和成因机制等提供理论依据。

1 材料与方法

2012年7月17—22日, 中国科学院海洋研究所“科学三号”考察船在东海陆架海区7个断面的41个站位进行海洋环境调查(图 1)。

本次调查使用SBE 9/11plus型温盐深仪(Conductivity-Temperature-Depth, CTD, 美国Seabird公司)及其附带的浊度和叶绿素传感器(美国Seapoint公司)对东海陆架海域水体温度(T)、盐度(S)、浊度及荧光叶绿素a浓度等水文参数进行剖面观测；使用固定在CTD上的LISST 100-X(C)型原位激光粒度仪(美国Sequoia公司)对水体剖面的悬浮体粒度分布和体积浓度进行同步观测。使用CTD和LISST自带的软件对采集的观测数据进行校正、转换和质量控制, 获得按1m水层平均的观测数据。

2 结果 2.1 东海陆架水文环境

夏季, 东海陆架水文分布存在较大的空间差异。陆架表层, 盐度为33.2—33.7的水团自南向北扩散, 并最终到达29°N海域；杭州湾南侧近岸海域有一股低盐水团, 盐度为24—31, 其向外海扩散的过程中盐度迅速升高；研究区东北海域盐度略低, 为31—31.5(图 2a、图 2b)。陆架底层主要由高盐(34.2—34.6)、低温(17—20℃)水团占据, 该水团在28.5°N出现分支, 主流沿123°E向北扩散, 而分支则向东扩散进入深海；台湾海峡北部、杭州湾南侧近岸以及研究区中北部海域均存在盐度略低, 温度较高的水团；此外在研究区东北, 还存在一股温盐均较低的水团(图 2c、图 2d)。

DH3断面中(图 3a、图 3b), 以124.5°E为界, 可将其分为西侧近岸区和东侧外海区。近岸区下层为低温高盐水团, 上层为高温低盐水团, 上层水团自西向东逐渐变薄且最远到达123.5°E, 二者在15m层形成了温、盐跃层。外海区下层为低温次高盐水团, 上层为高温低盐水团, 二者也在15m层形成了温、盐跃层。

DH6断面(图 3c、图 3d)下层为连续分布的低温高盐水团, 上层为盐度略低、温度较高的水团, 二者形成了强烈的温度跃层。DH6-1站5m以浅海域仍受到低盐水团的影响, 但影响较弱。

DH8断面(图 3e、图 3f)低温高盐水团仅出现在121.5°E以东的下层海域, 上层水团盐度略低、温度较高, 二者在70m层形成了温度跃层。121.5°E以西海域, 水团混合均匀, 相对于外海同层位水团呈低温高盐性质。

2.2 悬浮体粒度组成

将东海陆架海域所有调查站位各水层32个粒级悬浮体体积浓度进行平均, 绘制研究区悬浮体粒径分布曲线(图 4)。夏季, 东海陆架悬浮体粒径总体呈双峰分布, 第一个峰值位于32.7μm, 第二个峰值位于391μm。在128μm处悬浮体体积浓度呈极小值, 为两峰的分界线, 因此以128μm为界, 将悬浮体分为≤128μm的小颗粒悬浮体和大于128μm的大颗粒悬浮体。其中, ≤128μm的悬浮体体积浓度为0—162.6μL/L, 平均值为3.5μL/L, 大于128μm的悬浮体体积浓度为0—827.7μL/L, 平均值为8.4μL/L。

2.3 悬浮体粒度分布

≤128μm的小颗粒悬浮体在研究区总体表现为近岸高于外海, 底层高于表层的分布趋势(图 5a、图 5c)。杭州湾南侧近岸海域, 表、底层小颗粒悬浮体体积浓度均最高, 为25μL/L, 且向外海逐渐减小。研究区东北海域, 表层小颗粒悬浮体体积浓度小于0.5μL/L, 为表层海域最低值, 而底层浓度为6—12μL/L, 为底层海域次高值。在29°N以南的外海海域, 表、底层小颗粒悬浮体体积浓度均较低。

> 128μm的大颗粒悬浮体在研究区总体表现为近岸高于外海, 表层高于底层的分布趋势(图 5b、图 5d)。杭州湾南侧近岸海域, 表、底层大颗粒悬浮体体积浓度均为最高值。研究区东北海域, 表层大颗粒悬浮体体积浓度约为25μL/L, 为表层海域次高值, 而底层浓度远低于表层, 仅为5μL/L。29°N以南的外海海域, 表、底层大颗粒悬浮体体积浓度约为1μL/L, 为研究区最低值。

DH3断面中(图 6a), 小颗粒悬浮体体积浓度最大值位于123°E以西海域, 向东迅速减小, 且在表层扩散较远；123°E以东海域, 小颗粒悬浮体主要分布于下层海域, 而上层海域体积浓度较低, 基本小于0.5μL/L；以124.5°E为界可以将底层小颗粒悬浮体分为东西两个的高值区, 西侧高值区的悬浮体体积浓度高于东侧, 且二者均向上凸起。DH6断面中(图 6c), 122.8°E以西海域小颗粒悬浮体体积浓度总体高于东侧, 最高值位于近岸底层海域, 且向上逐渐减小。DH8断面中(图 6e), 小颗粒悬浮体主要分布在122.0°E以西海域, 最大值位于近岸底层海域, 向上逐渐减小；122.0°E以东海域悬浮体体积浓度最低, 垂向变化较小。

DH3断面中(图 6b), 大颗粒悬浮体体积浓度最高值位于124°E以西的上层海域, 向下逐渐减小；124°E以东海域, 上层悬浮体体积浓度高于下层。DH6断面中(图 6d), 122.8°E以西大颗粒悬浮体体积浓度整体高于东侧, 最高值位于近岸10m以浅海域；此外, 在近岸40m层海域10μL/L等值线向东凸起, 悬浮体体积浓度高于其相邻的上下层；122.8°E以东海域, 大颗粒悬浮体体积浓度较低, 在70m层出现悬浮体高值区, 其体积浓度同样高于相邻的上下层。DH8断面中(图 6f), 大颗粒悬浮体体积浓度最高值位于121.5°E以东60—80m的中间层, 该层上下水体的悬浮体体积浓度均较低；121.5°E以西海域悬浮体体积浓度则为次高值。

3 讨论 3.1 夏季东海陆架水团分布

T-S散点图是陆架海区常用的水团分析方法(Weng et al, 1988; Lian et al, 2016)。利用调查采集的温度、盐度观测数据绘制T-S散点图(图 7), 基于该图划分出5个水团。其中A水团温度范围为23.0— 27.5℃, 盐度范围为24.8—31.0, 主要位于15m以浅海域, 是研究区盐度最低的水团；B水团温度范围为25.8—29℃, 盐度范围为30.5—31.7, 位于15m以浅海域, 呈低盐特征；C水团温度范围为22.4—29.6℃, 盐度范围为33.2—34.2；D水团温度范围为16.5—23.0℃, 盐度范围为34.2—34.6, 是研究区温度最低, 盐度最高的水团；E水团温度范围为17.5—19.5℃, 盐度范围为33.0—34.0, 位于15—70m海域。

将调查期间不同水团的温盐特性及空间分布特征(图 2、图 3)与前人研究进行比对(表 1)。A水团位于杭州湾南侧近岸15m以浅海域, 温盐特性与长江冲淡水(毛漢禮等, 1963; 赵保仁, 1991; 王凯敏等, 2012)一致, 判定该水团为长江冲淡水。夏季, 长江冲淡水有向南扩散趋势(图 8a), 但扩散范围有限(蔡爱智, 1982)。B水团位于研究区东北15m以浅海域, 温盐特性与苏北沿岸流(乔方利, 2012)一致, 判定其为苏北沿岸流。C水团为研究区上层主要水团, 其向东北扩散(图 8a), 最远到达29°N。温盐特性与台湾暖流表层水(Weng et al, 1988; Zhang et al, 2014)一致, 判定该水团为台湾暖流表层水。D水团是研究区下层主要水团, 由于地形原因在28.5°N形成分支, 主流沿123°E向北扩散, 分支则转向东, 向深海扩散(图 8b)。D水团温盐特性与台湾暖流深层水一致(翁学传等, 1984; Qi et al, 2017), 判定其为台湾暖流深层水。E水团位于研究区东北下层海域, 温度特性与东海冷涡(胡敦欣等, 1984; 蓝淑芳, 1996)一致, 判定其为东海冷涡。台湾海峡北部存在一股相对于台湾暖流深层水呈盐度略低、温度较高性质的水团(图 2c、图 2d), 而其相对于同层外海的台湾暖流表层水呈低温高盐性质(图 3e、图 3f), 王从敏等(1987)指出该水团为尚未发生混合的台湾海峡暖水。台湾海峡暖水作为台湾暖流表层水的源区水之一, 其温盐特性与台湾暖流表层水基本一致, 因此在T-S散点图中并没有将台湾海峡暖水划分出来。此外, 我们将不同水团间的过渡水定义为混合水(图 8)。

3.2 不同水团对悬浮体物质组成的影响

浊度能够反映水体中无机颗粒的含量(鲍献文等, 2010), 而叶绿素a浓度则反映水体中含叶绿素a浮游生物的含量(王珍岩等, 2017)。东海陆架海域小颗粒(≤128μm)悬浮体体积浓度与浊度呈正相关关系, 相关系数为0.82(图 9a), 表明小颗粒悬浮体主要由无机颗粒组成。大颗粒(> 128μm)悬浮体体积浓度与浊度相关性较差, 相关系数为0.08(图 9b), 表明大颗粒悬浮体主要为浮游生物。而当浊度大于3.5FTU时, 大颗粒悬浮体体积浓度与浊度也呈现出正相关关系, 且相关系数为0.80(图 9b1)。经检查原始数据知, 这部分大颗粒悬浮体主要分布于近岸下层以及东海冷涡底层海域, 该海域浮游生物含量较低(郭术津, 2012)。此外, 这些大颗粒物质以悬浮态存在于水体中, 表明其密度较小, 因此推测其为无机颗粒絮凝体(Zhang et al, 2018)。小颗粒、大颗粒悬浮体体积浓度与叶绿素a浓度的相关性均较差, 相关系数分别为0.03、0.09(图 9c、图 9d)。该结果进一步表明小颗粒悬浮体主要为无机颗粒, 另外也反映大颗粒浮游生物基本不含叶绿素a, 微微型浮游生物(0.7—2μm)才是叶绿素a的主要贡献者(王珍岩等, 2017)。

为探究不同水团内悬浮体物质组成, 在东海陆架不同水团内各选取1—2个典型站位进行针对性分析(图 8, 图 10)。

DH4-1站10m以浅为长江冲淡水。浊度自上而下逐渐减小, 小颗粒悬浮体体积浓度垂向分布与浊度相同, 而大颗粒悬浮体体积浓度垂向分布与浊度相反。由前文相关性分析可知, 小颗粒悬浮体主要为无机颗粒, 而大颗粒悬浮体主要为浮游生物。长江冲淡水中无机颗粒主要来源于自身挟带的陆源物质, 而长江冲淡水挟带的大量的营养盐, 能够促进浮游生物的生长, 使其浮游生物含量高于其它海域。

DH3-7站15m以浅为苏北沿岸流, 45m以深为东海冷涡。该站小颗粒悬浮体体积浓度垂向分布趋势与浊度一致, 均自底层到45m层迅速减小, 15m层到表层基本为0。表明东海冷涡内悬浮体主要为再悬浮产生的无机颗粒, 而苏北沿岸流经过长距离的扩散, 小颗粒悬浮体早已发生沉降, 因此基本不含无机悬浮体。东海冷涡仅在水团上界面受浮游生物影响较大。苏北沿岸流挟带有丰富的营养盐, 能够促进浮游生物生长, 因此其整个水团大颗粒浮游生物含量均较高。

DH7-2、DH7-5站上层为台湾暖流表层水, 下层为台湾暖流深层水。在DH7-2站, 台湾暖流深层水中小颗粒悬浮体体积浓度和浊度均自下而上逐渐减小, 表明该海域小颗粒悬浮体主要为再悬浮产生的无机颗粒。台湾暖流表层水中浊度与小颗粒悬浮体体积浓度均较高, 可能是受到浙闽陆源无机物质的输入所致。DH7-5站离岸较远, 水深较深(116m), 表层沉积物颗粒较粗不易发生再悬浮, 且无其他物源输入, 因此小颗粒无机悬浮体垂向均匀分布, 约为2μL/L。浮游生物仅出现在台湾暖流表层水和台湾暖流深层水垂向交界处。

台湾海峡暖水可以将台湾西侧河流输入的悬浮体带入到东海, 尤其是在台风发生的夏季(Dadson et al, 2004)。由于调查期间并无台风发生, 台湾西侧河流输入的悬浮体较少(Xu et al, 2009), 因此本次调查未观测到台湾海峡暖水自台湾海峡向东海输运悬浮体的趋势。台湾海峡暖水中悬浮体以小颗粒无机悬浮体为主, 大颗粒浮游生物特征不明显(罗民波等, 2007; 郭术津, 2012)。

3.3 水团对悬浮体粒度分布的影响

东海陆架海域不同水团内悬浮体的分布存在较大差异(图 2、图 3、图 5和图 6)。长江冲淡水影响海域小颗粒和大颗粒悬浮体含量均为研究区最高；苏北沿岸流小颗粒悬浮体含量极少, 而大颗粒悬浮体含量呈次高值；东海冷涡小颗粒悬浮体含量较高, 大颗粒悬浮体仅出现在水团上界面；台湾暖流表层水和台湾暖流深层水中悬浮体均以小颗粒为主, 仅在二者垂向交界处大颗粒悬浮体呈极大值；台湾海峡暖水中悬浮体以小颗粒为主, 大颗粒悬浮体含量极低。

不同水团垂向交界处常形成大颗粒悬浮体含量高值区(图 6b、图 6d、图 6f), 该高值区所在层位与温、盐跃层所在位置一致(图 3)。DH7-2站50—60m层形成强烈的温、盐跃层, 在相同层位大颗粒悬浮体体积浓度也呈极大值；而DH9-2站水团垂向混合均匀, 无跃层存在, 大颗粒悬浮体无极大值出现(图 10)。大颗粒悬浮体体积浓度极大值深度与密度梯度最大值深度的相性系数达到0.93(图 11), 表明跃层对大颗粒悬浮体的形成存在较大的影响。温、盐跃层所在层位水体密度梯度大、层结较强、垂向扩散系数低(Jassby et al, 1975; Washburn et al, 1993), 可以有效抑制底层营养盐向表层的扩散(乔璐璐等, 2010), 有利于浮游生物的生长, 因此在跃层位置常形成大颗粒悬浮体含量高值区。

同一水团内悬浮体粒径分布具有相似性, 而不同水团间悬浮体粒径分布具有差异性(图 12, 图 13)。长江冲淡水、台湾暖流表层水、台湾暖流深层水以及台湾海峡暖水的悬浮体粒径均呈双峰分布, 且峰值位于27.7μm和391μm。长江冲淡水悬浮体粒径呈不明显的双峰分布, 27.7μm峰值不明显, 其各粒级悬浮体体积浓度均高于其他水团, 是研究区悬浮体体积浓度最高的水团。苏北沿岸流悬浮体粒径呈单峰分布, 小颗粒端含量极低, 而大颗粒端呈次高值。东海冷涡和台湾暖流深层水中小颗粒悬浮体均来源于表层沉积物的再悬浮, 但东海冷涡内悬浮体由于受到上升流的影响(Gao et al, 2002), 小颗粒峰值位于74.7μm。台湾暖流表层水悬浮体粒径呈明显的双峰分布, 但各粒级悬浮体含量均较低, 且在157μm存在明显的低谷。台湾海峡暖水悬浮体粒径呈不明显的双峰分布, 391μm峰值不明显, 甚至在部分站位大颗粒峰值消失。

4 结论

夏季, 东海陆架海区共存在6个水团, 分别为:长江冲淡水、苏北沿岸流、东海冷涡、台湾暖流表层水、台湾暖流深层水以及台湾海峡暖水。

东海陆架悬浮体由两部分构成, ≤128μm的为无机颗粒, 而≤128μm的主要为浮游生物, 其平均体积浓度分别为3.5μL/L和8.4μL/L。在近岸下层以及东海冷涡底层海域存在少量≤128μm的无机颗粒絮凝体。

悬浮体物质组成和空间分布特征受到该海域水团分布制约。其中长江冲淡水、台湾暖流表层水、台湾暖流深层水、台湾海峡暖水悬浮体粒径呈双峰分布, 峰值均位于27.7μm和391μm；东海冷涡悬浮体粒径虽然也呈双峰分布, 但其峰值位于74.7μm和391μm；苏北沿岸流悬浮体粒径呈单峰分布, 小颗粒端含量极低。长江冲淡水中的无机颗粒和浮游生物含量均为研究区最高；苏北沿岸流中的无机颗粒含量为研究区最低, 浮游生物含量为次高值；台湾暖流表层水、深层水以及东海冷涡和台湾海峡暖水中的悬浮体以无机颗粒为主。不同水团垂向交界处形成的温、盐跃层有利于浮游生物生长, 导致形成大颗粒浮游生物高含量区。

致谢 感谢中国科学院海洋研究所“科学三号”考察船全体成员对本研究海上调查工作的支持和协助。