2013年小岞杜厝海域赤潮发生过程分析

李星

2013年小岞杜厝海域赤潮发生过程分析

李星

（福建省海洋预报台，福建福州350003）

针对2013年5月15—17日发生在小岞、杜厝海域的2起赤潮过程，利用观测资料、数值模拟等方法，从气象、水文、水质等方面分析其发生及消亡原因。本文分析了赤潮发生前后事发附近海域的天气形势，气温、气压、湿度等气象资料的变化情况，同时结合浮标实测中水温、流向等水文资料，并利用数值模拟方法模拟该时段内风力、风向的变化，得出以下结论。（1）赤潮发生前副高北抬，南海夏季风爆发，此种天气形势带来了西南暖湿空气，气温、水温持续升高，风浪较小，在这种高温、高湿、无风浪的条件下，促进藻类繁殖，在小岞附近海域发生赤潮；（2）赤潮发展旺盛期内，出现阵性降水，偏南风风力明显增大，强劲的西南风造成水体不稳定，可能是造成藻种演替的原因；另外在杜厝新增一处赤潮区，推测可能由于西南风造成的藻种漂移。

赤潮；天气形势；水文条件；数值预报

1 引言

近几年来，我国沿海赤潮频发，给沿海地区的养殖业带来了巨大的经济损失，同时赤潮的发生对水体生态环境和滨海旅游业等构成了严重的影响。随着我国沿海地区工农业经济的迅速发展，大量的工农业废水和生活污水排入大海，氮磷元素的升高导致局部海域水体富营养化[1]。水体富营养化是赤潮发生的重要基础，为赤潮生物的繁殖提供了优良的环境。赤潮的发生是生物、化学、水文、气象等因子综合影响的结果[2-4]。

福建沿海是赤潮多发海区，在福建沿岸海域引发赤潮的种类有27种[5]，经常引发赤潮的种类有硅藻门的中肋骨条藻、角毛藻，甲藻门的夜光藻、东海原甲藻、米氏凯伦藻、裸甲藻和金藻门的球形棕囊藻等[6]。潜在的赤潮生物种有124种，硅藻以近岸种为主，甲藻以近岸性暖温种占多数[7-8]。2000年以前，福建沿岸海域引发赤潮频率最高的藻种是夜光藻，而从2001—2012年的统计结果来看，东海原甲藻引发赤潮的频率已经超过夜光藻。

2013年福建省海域共发生7起赤潮，累计面积155.8 km2，均为无毒赤潮。赤潮发生起数较少，面积较小，未造成直接经济损失。在泉州海域发生了2起赤潮，且出现了近十年未出现过的短角弯角藻赤潮[9]和该海域历史记载中从未出现过的丹麦细柱藻赤潮，并且在三天内出现了藻种演替和区域的变化。本文针对该海域2起赤潮生消过程的原因进行分析。

2 福建泉州海域赤潮概况

在2001—2012年间，福建沿海共发生赤潮183起，其中在泉州海域发生9起，除了2003年4月发生1起海链藻赤潮，2007年8月发生1起中肋骨条藻赤潮，其余7起赤潮集中在5—6月发生。近两年来，泉州海域发生赤潮次数增多，2012年发生了2起有毒的米氏凯伦藻赤潮，造成了当地3700多万的损失。江兴龙[10]等人于2006年对泉州湾赤潮的藻类优势种演替进行监测，发现泉州湾的优势种有中肋骨条藻、太平洋海链藻、微小原甲藻、尖刺拟菱形藻、丹麦细柱藻及旋链角毛藻等，而水质营养盐含量和组成结构的变化，会引起藻类优势种的演替。

泉州海域由于是开放性海域，水交换条件相对较好，赤潮发生起数较少，并且持续时间均不长，从统计结果来看，泉州海域赤潮发生的持续时间基本在7天之内，大部分赤潮持续天数在2—4 d，发生面积普遍不大，最大的一次是2006年在崇武半岛东部和南部海域发生了200 km2赤潮。

2013年福建沿海发生的7起赤潮事件中，总数跟常年比是较少的，其中有6起集中发生在5月份。从5月份的多年平均500 hPa高度场看来（见图1），5月份中高纬地区等压线较平直，南支槽有所发展，副高中心位于西北太平洋上，但开始西伸北跳，对应东北季风逐渐转变成西南季风，干冷空气随之被暖湿空气取代。此时，海表温度开始迅速升高，从5月份的多年SST场来看（见图2），福建沿海的等温线自北向南逐渐增加，平均温度在25—26℃，南北温差约在1.5℃左右。

2013年5月的海表温度距平场中显示，福建近海是比常年略偏暖的，而在沿海地区情况复杂一些。在福州以北沿海，海表温度较常年偏高，而福州以南则是偏低，因此在5月发生的6起赤潮中，福州以北占4起。在福州以南沿海的海表温度比常年略偏低0.1℃，所以2013年在此区域发生的赤潮事件较少，仅有的2起赤潮即本文要分析的5月15—17日泉州海域赤潮。

图1 5月多年平均500 hPa高度场

3 资料介绍

赤潮现场应急监测数据：赤潮发生期间一天监测一次定点采样，15日采样时间为傍晚，16—18日采样时间为上午10时。监测参数包括天气、水温、pH值、盐度、溶解氧等，15日初次监测有提供化学需氧量、溶解氧饱和度、活性磷酸盐、亚硝酸盐、硝酸盐、氨、活性硅酸盐等。

生态浮标实时监测数据：浮标数据的频率为1 h一次，泉州1号浮标位于距离赤潮发生区域30 km的泉州湾内，泉州2号浮标距离赤潮发生区域10 km。两个生态浮标监测的要数不同，泉州1号浮标监测水温、盐度以及水质（溶解氧、叶绿素浓度、pH值等）要素资料，泉州2号浮标监测气温、湿度、流向等气象、水文要素资料。

模式初始场数据：由于赤潮发生海域缺乏风力、风向的监测设备，本文采用美国新一代非静力平衡、高分辨率的中尺度数值模式WRF(Weather Research Forecasting)[11]进行模拟，数值模式采用三层嵌套，最小网格的水平分辨率为6.7 km。初始场和边界场均使用FNL全球再分析资料，资料空间分辨率为1°×1°，时间间隔为6 h。

图2 5月多年平均SST场（实线）和2013年5月距平场（虚线）

4 赤潮过程分析

赤潮发生事件是赤潮生物异常增殖的结果，需要水文、气象等多个方面同时达到适宜的条件才会发生。根据吴瑞贞[12]的研究，利于赤潮发生发展的有利条件包括：在适宜的温压范围内，有较长时间的稳定天气形势能提供有利的环境条件；海温、气温连续逐日升高，气压连续逐日下降、海温和气温的平均值无较大差别则有利于赤潮的发生和持续。

而赤潮的消亡过程是与发生发展相反的过程，首先出现激烈的温压变化会使赤潮的生存环境变得恶劣，其次张玉宇[13]等人的研究表明，受特殊系统影响，出现降雨、降温、升压和风向转换会造成赤潮消亡。马毅[14]等人通过进一步分析利于赤潮消亡条件，发现除以上水文气象条件变化，赤潮生物自身适应性、多种生物相互作用、水体营养物质含量降低、水温气温过高、气压过低同样抑制赤潮发展。

4.1惠安县小岞和杜厝海域赤潮情况

2013年5月15日，惠安县小岞东山村附近海域（24°58′56.6″N、119°00′39.3″E）海水水色出现异常，疑似发生了赤潮（见图3）。现场监测时海水颜色呈浅绿透明偏黑，无明显气味。经采样分析，海水中藻类优势种为丹麦细柱藻(Leptocylindrus danicus)，无毒性，最高细胞密度为9.40×105个/升（赤潮发生基准密度为2.0×105个/升）。16日小岞附近海域海水颜色比15日颜色略浅，水体呈黄绿色，赤潮面积约为2.3 km2。赤潮生物优势种丹麦细柱藻最高细胞密度下降为2.13×105个/升。

5月17日，小岞海域附近海水水色为浅绿色，面积仍为2.3 km2，但赤潮优势种转变为短角弯角藻(Eucampia zodiacus)，无毒，最高细胞密度为3.35× 105个/升。另外，在净峰杜厝村（25°01′49.5″N、119° 00′18.8″E）附近海域也发生赤潮，海水水色为浅绿色，赤潮面积约为1.5 km2，赤潮生物优势种也为短角弯角藻，最高细胞密度为2.1×105个/升。

18日上午，小岞海域附近海水水色呈浅绿色，生物优势种演变为旋链角毛藻，但最高密度并未超过赤潮发生基准值，该海域赤潮消亡。杜厝附近海域短角弯角藻最高密度下降到赤潮发生基准密度一下，赤潮也消亡。

4.2小岞杜厝海域气象、水文、水质监测数据分析

从现场应急结果来看（见表1），5月15—18日赤潮发生时间段内，水温缓慢上升，监测时段水温在22.8℃左右，18日，水温升至23.4℃。发生赤潮期间的pH值比正常值稍大，期间数值变化不大。盐度有略微增大的趋势，溶解氧在16日明显有所增大，可以初步判断赤潮在16日达到旺盛期。现场监测要素数据如表1。

4.3天气形势分析

5月15日开始，2013年西南季风爆发且进占福建，东亚环流为两槽一脊（图略），西太副高酝酿北跳，17日，福建沿海位于脊后槽前，副高北沿已压过台湾海峡南部，呈带状分布。在南海，西南季风爆发，它与副高边缘暖湿气流一起，影响中国华南和江南。

表1 水文、水质现场监测数据

图3 发生赤潮区域位置（粉红色为小岞赤潮，大红色为杜厝赤潮）

从地面形势来看（见图4），15日在西南热低压的倒槽上，一个江淮气旋正在逐渐形成，让西南暖湿气流的北上更加有力。与它相关的大范围强降水云系在中南地区集结，在云系东移的过程中，西南季风带来的充足水汽将给福建带来些降水。

因此，15日泉州以阴天为主，后期开始有阵性降水，降水持续到16日，并伴有雷暴等强对流天气，此种天气形势对赤潮的维持是不利的。但降水之后，水体经垂直混合，营养成分增加，且空气湿度大，此时又有利于赤潮的发生发展。17日，江淮气旋东移至台湾岛以东洋面，此时台湾海峡内的风向由偏南转为偏北风，无降水。

4.4气象条件分析

马毅[14]等研究表明日平均气温连续下降2℃导致的赤潮消亡事件占总数的36.6%，由于降雨现象导致的消亡占42.7%，并且当气温高达28℃以上，赤潮的消亡也会加快。

图4 地面实况填图（引自：韩国气象厅）

图5 泉州2号生态浮标5月13—18日气温、气压变化曲线

张春桂[15]等人在研究赤潮灾害与气象要素的关系时发现，对于福建中、北部沿海，气温适宜、风力较小、持续的降雨或者阴天的天气有利于赤潮的发生，而对于南部沿海，天气晴热、湿度大、气压较低时有利于赤潮的发生。

图5为小岞、杜厝海域赤潮发生前后的气压和气温变化情况，在赤潮发生前两日，即5月13—14日，气压持续下降，气温持续升高，上升幅度为每天1℃左右，日平均气温从23.2℃升高至24.3℃，发展为最适宜赤潮发生发展的温度，15日爆发赤潮。此后连续两天日平均气温维持在24℃左右，且昼夜温差不大，气压值略有降低，赤潮维持。在17日的中午时段，气温高于28℃，且出现较大的昼夜温差，日平均气温继续升高，根据赤潮消亡条件判断，气温状况已不适宜赤潮继续维持，赤潮进入消亡阶段。

图6 泉州2号生态浮标5月13—18日相对湿度变化曲线

图7 5月13—18日小岞杜厝海域风力、风向模拟结果

从相对湿度的情况来看（见图6），在赤潮发生前后，泉州海域湿度都较高，为藻类繁殖提供了潮湿的环境。在赤潮发生前，受日照影响，中午前后相对湿度较小，最小值低于70%，而夜晚湿度则迅速增大。直至5月15日，受天气系统影响，暖湿气流北上，带来降水，泉州2号浮标附近湿度基本维持在90%以上，赤潮爆发性繁殖，进入旺盛期。17日伴随天气转好，白天降水减少气温升高，湿度降低至70%，不利于赤潮维持，赤潮进入消亡期。

由于事发海域附近浮标没有监测风力、风向要素，采用WRF数值模拟方法得到该海域的风场。WRF对于风场的模拟效果已得到广泛认可，本人在对江苏沿海的风场研究中[16]也验证过WRF对于有系统影响下的沿海风场模拟结果较好。故利用fnl全球再分析资料作为初始场和边界场，模拟得出小岞、杜厝附近海域的风力风向。结果显示（见图7），从14日开始，在小岞、杜厝附近海域由东北风转为偏东风，14日夜里转为偏南风，之后偏南风持续了近三天，17日后期转为偏北风。从风力来看，15日之前在弱东北季风影响下，泉州附近海域的风力为3—4级，其后受地面倒槽发展影响，随风向的转变风力也开始加强，逐渐转变为较强的偏南风，一般强盛的西南暖湿气流对藻种的繁殖有推波助澜的作用。

在偏南风盛行的三天内，正是赤潮发生至旺盛期。16日中午平均风力超过6级，过大的风力可能会对赤潮发展带来不利，使赤潮进一步发展受到抑制。从17日上午的监测结果来看，小岞附近海域的优势藻种已经从丹麦细柱藻转变为短角弯角藻，且细胞密度仅略超基准密度，因此可以推断丹麦细柱藻在风力较大时不利于发展维持，浓度降低。同时值得注意的是，在距离小岞不远的杜厝海域也出现了短角弯角藻赤潮，短角弯角藻近10年内都没有在福建海域出现过，而且杜厝和小岞距离不足6 km，在如此近的两处同时出现不常见的赤潮种，极有可能是强劲西南风带动孢子随风飘散的结果，由此可见风向和风力对赤潮的影响较明显。

图8 泉州2号表层流向频率图

4.5水文条件分析

此次赤潮发生在春末夏初，近岸水温有所回升，等温线大致与岸线平行，但依旧北低南高。据40年实测流资料统计[17]，台湾海峡在5月份的表层水均一致地由西南向东北流，流速在0.3—1.5n mile/h。

实况监测显示，在赤潮发生前，泉州海域表层水温稳定波动，在22—24℃之间，此水温非常适合赤潮藻类的生长繁殖。17日开始，泉州海域的表层水温升温幅度超过2℃，在中午时段达到25℃，剧烈的水温变化对藻类生长不利，赤潮进入消亡阶段，说明水温在一定程度上对于此次赤潮的消亡起到推动作用。

5月14—18日，泉州海域盐度是一个缓慢下降的过程，盐度往往与海流的流向关系密切。图8为赤潮发生前后，泉州海域的表层流向玫瑰图。在13日的赤潮发生前，海表流向以北方来的冷水流为主，海流条件对赤潮发展不利。但从14日开始，明显可以看到海流出现转向，向南流出现的时次减少，向北流出现的频率增加，海流由向南流转为向北流，此时为暖水流，有利于赤潮的发生发展。15—16日向东北流最为明显，15日的向东北流出现频率超过50%，16日开始向北流和向东流出现频率消失，向东北流集中出现，此时温暖潮湿的东北流带来适宜的水温，藻种进入新一轮的发展旺盛期，并在距离小岞不足6 km的杜厝村附近海域生成新的赤潮区，从海流流向分析来看，不排除杜厝附近赤潮的藻种源是从小岞漂移过去的；17日起，受江淮气旋东移影响，风向转向，西南流重新占据泉州海域，赤潮进入消亡期。

利用福建省海洋预报台自主研发的漂移物漂移动态预报模式对此次赤潮藻种的漂移路径做出模拟。以5月15日20时设为初始点，模拟在24h内小岞海域的藻类孢子漂移轨迹（见图9）。从模拟轨迹可以看出来，如果小岞赤潮藻类的孢子会随海流漂移，那孢子将持续北上，并将经过杜厝附近海域。因此，在杜厝海域17日发生的一起短角弯角藻赤潮，有理由认为是由小岞赤潮生物种随海流漂移而来。

图9 2013年5月15日20时轨迹漂移模拟

图10 泉州1号生态浮标5月14—18日叶绿素浓度、溶解氧变化曲线

4.6水质条件分析

影响丹麦细柱藻赤潮生物细胞总量的关键因子主要有pH、叶绿素a、水色、DO、活性磷酸盐、COD以及透明度，其中与活性磷酸盐呈负相关，与其余因子均呈正相关[18]。

在赤潮发生时往往能在水质监测中发现高叶绿素浓度、pH值、高溶解氧现象，这是由于大量的浮游植物光合作用的结果。因此若检测到pH值和溶解氧出现升高，说明浮游植物在迅速生长，有可能发展成为赤潮，这对赤潮的预报有重要意义。

此次小岞、杜厝赤潮在发生时，现场监测结果显示pH值和溶解氧都明显高于正常水平。泉州1号生态浮标显示（见图10），在每日上午开始，溶解氧和叶绿素浓度都开始升高，午后时段达到峰值，这是藻类光合作用的结果。特别是在赤潮刚发生之日，即5月15日午后的溶解氧和叶绿素浓度同时达到最高值，但从17日开始，此后几日午后峰值的数值呈现出下降趋势，说明16日赤潮藻种浓度达到最大，17日逐渐开始消亡。

5 总结

此次小岞、杜厝赤潮发生在5月中旬，水文气象条件都非常适宜，优势藻种为丹麦细柱藻和短角弯角藻，无毒性。此次赤潮过程经历了快速生消和藻种演替，甚至可能出现了漂移生长。

经对事发地附近海域的气象、水文和水质等要素的分析显示，15日副高呈带状分布，而后北抬，地面倒槽发展，同时南海夏季风爆发。此种天气形势使得在赤潮发生前，气温、水温持续升高，风向、流向从东北转为西南，西南暖湿气流带来充足的水汽，而此时无较大风浪作用，在这种高温、高湿、风浪小的条件下，赤潮繁衍加速进行，藻类浓度超过基准密度，爆发赤潮。15—16日是赤潮发展旺盛期，气温、水温稳定在最适宜温度；西南气流带来高湿空气，并伴随阵性降水，湿度稳定在90%。16日中后期强劲的西南风除了会对赤潮发展带来不利因素，同时可能对孢子类浮游生物的繁殖区域造成迁移，这也是对17日监测结果中，除了优势藻种的演变还有新增发生赤潮区域的合理推测。17日，随着气温、水温变化剧烈，风向、流向恢复为东北向，此次赤潮在发生两天后进入了消亡期。

除了各要素的不利影响，赤潮的消亡还考虑地面倒槽发展成为气旋出海，使得水体剧烈变化，促进了赤潮的消亡。对于水质对赤潮的影响，本文由于缺乏有效数据资料，并无深入探讨，有待日后进一步研究。

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Analysis on the process of the harmful algal bloom in Xiaozuo and Ducuo sea area in 2013

LI Xing
（Fujian Marine Forecasts,Fuzhou 350003,China）

The reason of the occurrence and disappearance of the harmful algal bloom in Xiaozuo and Ducuo sea area during May 15th-17th2013 is discussed by using observation data and numerical simulation methods,in terms of meteorology,hydrology,water quality and other aspects.According to water temperature,flow direction and other hydrological data measured by buoys,and the variation of wind speed and wind direction from numerical simulation results,the variation of weather,temperature,air pressure,humidity and other meteorological data before and after the process are analyzed.The results are as follows:(1)With the subtropical high moving northward and summer monsoon onset in the South China Sea,the southwest warm wet air makes both the air temperature and water temperature rise,and the wave smaller.The situation of such high temperature, high humidity and small wave is favorable for algal bloom in Xiaozuo area.(2)During the strong development of algal,strong southwesterly wind causes water unstable when showery precipitation occurs and southwest wind increases significantly,which is probably the reason of the succession of dominant algal species.In addition,the new area of algal bloom in Ducuo sea area is probably due to the southwesterly wind which causes the algae drift.

red tide；weather situation；hydrological conditions；numerical simulation

X55

A

1003-0239（2014）04-0068-09

10.11737/j.issn.1003-0239.2014.04.010

2014-04-01

国家科技支撑项目(2013BAB04B00)；福建省科技计划重点项目(2011Y0004)

李星(1987-)，女，助理工程师，主要从事海洋气象预报工作。E-mail：lixing100710@163.com