天津近岸海域溶解氧含量分布特征及影响因素研究

李潇，王晓莉，刘书明，曾容，曲艳敏，付瑞全

(国家海洋信息中心 天津 300171)

天津近岸海域溶解氧含量分布特征及影响因素研究

李潇，王晓莉，刘书明，曾容，曲艳敏，付瑞全

(国家海洋信息中心 天津 300171)

文章基于2001—2015年15年的长时间序列溶解氧含量和相关理化因子的多源数据，研究天津近岸海域溶解氧含量的分布特征和影响因素，结果表明：溶解氧含量年均值的变化幅度较小且分布稳定，在2008年出现较小值，2008年后有略微升高的趋势，在2012年出现较大值；表层平均值和底层平均值均存在由大到小依次为冬季、春季、秋季、夏季的规律；月均值呈正弦变化趋势，最高值出现在1月，最低值出现在9月，6-9月均较低；溶解氧含量随深度的增加有降低的趋势，这主要是由于表层海气交换充分且阳光充足，植物的光合作用占优势；海水温度、盐度和pH值都对溶解氧含量产生重要影响，均存在相关关系。

溶解氧；海水质量；海洋环境；环境监测

1 引言

海水中的溶解氧是海水化学的重要参数，是海洋生命活动不可或缺的物质。海水中溶解氧含量的变化是物理过程、化学过程和生物过程共同作用的结果，因此研究海水中溶解氧的含量对海洋化学、生物、水文、地质等研究具有重要作用[1-2]。

天津市位于京津冀和环渤海2大经济带的枢纽地区，2006年国务院将天津滨海新区纳入国家总体发展战略。研究天津近岸海域环境质量尤其是溶解氧状况及其影响因素，对认识渤海环境状况和实现滨海新区海洋环境与资源的可持续利用具有重要价值[3]。我国海洋学家对天津近岸海域的水质特征进行过多次调查和研究[4-6]，但大多基于单一年份、单一季节或单一年份多季节的溶解氧分布规律，缺乏对溶解氧多年长时间序列的报道。本研究基于2001—2015年15年的长时间序列溶解氧和相关理化因子的多源数据，研究天津近岸海域溶解氧的时空分布，对于了解天津近岸海域溶解氧的变化规律和分析理化特点具有重要意义。

2 监测海域和数据处理

天津市海域地处渤海湾，是海河5大支流的汇合处和入海口，海岸线北起涧河口以西约2.4 km处、南至歧口，全长153.67 km，近岸海域面积约为2 200 km2。

本研究于2001—2015年选定天津近岸117.5°E—118.0°E、38.60°N—39.15°N的区域，开展天津近岸海域的数据收集工作，收集的数据包括2001—2015年全国海洋环境监测资料以及2006—2007年我国近海海洋综合调查与评价资料。

不同来源的数据在采样方法、分析方法、技术规范依据等方面有较大不同，数据格式、数据结构和参数计量单位等也不尽相同。因此，本研究首先对收集到的数据资料进行标准化处理，对监测日期、经度、纬度、采样深度、溶解氧、温度、盐度、pH值等进行数据格式和计量单位等方面的统一，以便于多源数据资料的分析应用。经标准化处理后，对多源数据进行质量控制，主要内容包括：①删除重复记录；②删除空间位置着陆或经纬度缺失的数据；③删除时间信息缺失的数据；④删除采样深度超出实际水深和采样深度信息缺失的数据；⑤对溶解氧、水温和盐度进行值域范围检验和逻辑检验等，对不合理的数据进行专家经验判断，查找数据异常的原因，对确定错误的数据予以删除。

3 结果与讨论

3.1 溶解氧含量的时空分布特征

3.1.1 年际变化

2001—2015年天津近岸海域溶解氧含量的年平均值如图1所示。可以看出，15年来溶解氧含量的年平均值整体变化幅度较小，变化范围为6.4～8.4 mg/L，分布稳定。于2008年出现较小值，为6.4 mg/L；2008年后有略微升高的趋势；于2012年出现较大值，为8.4 mg/L。

图1 天津近岸海域溶解氧含量的年际变化

3.1.2 季节变化

2001—2015年天津近岸海域溶解氧含量的季节变化如表1所示。可以看出，溶解氧含量的表层平均值和底层平均值均存在由大到小依次为冬季、春季、秋季、夏季的规律，即溶解氧含量受温度影响较大。冬季温度低，氧气在海水中的溶解度大，大量的溶解氧被冷却的海水吸收，溶解氧含量达到全年最大值，表层平均值约10.22 mg/L、底层平均值约8.19 mg/L；春季植物光合作用加强，产生的氧气增多，但海水温度的升高导致氧气溶解度的降低，使得春季溶解氧含量的表层平均值约8.31 mg/L、底层平均值约7.93 mg/L；夏季温度达到全年最高，溶解氧含量也降到全年最低，表层平均值约7.42 mg/L、底层平均值约6.80 mg/L；秋季水温比夏季低，氧气在海水中的溶解度增大，溶解氧含量的表层平均值增至7.73 mg/L、底层平均值增至7.16 mg/L。这与董景岗[3]等的研究结果相似。

表1 2001—2015年天津近岸海域溶解氧含量的季节变化 mg/L

3.1.3 月度变化

2001—2015年天津近岸海域溶解氧含量的月度变化如图2所示。可以看出，溶解氧含量呈正弦变化趋势，温度低的月份溶解氧含量高，温度高的月份溶解氧含量低；多年月平均最大值为11.37 mg/L，出现在1月，最小值为7.05 mg/L，出现在9月；6月、7月、8月和9月4个月份的月均含量均低于8 mg/L，这与6-9月海水温度高有很大关系[7]。

注：由于极少安排监测等原因，无2月监测数据。图2 天津近岸海域溶解氧含量的月度变化

3.1.4 垂直分布特征

将天津近岸海域溶解氧含量按照采样深度做平均处理，其平均值和采样深度的关系如图3所示。可以看出，溶解氧含量随深度的增加有变小的趋势。海洋上层有较充足的阳光，浮游植物的光合作用占优势，且海气氧的交换充分，使溶解氧含量较高；随着深度的增加，植物光合作用减弱，且生物呼吸作用增强、氧气消耗增加，使溶解氧含量降低。

图3 溶解氧含量随深度增加的变化

上述溶解氧含量的时空分布特征研究结果表明，天津近岸海域的溶解氧含量随年度变化幅度较小，2008年后有略微上升的趋势；夏季和秋季的表层和底层溶解氧含量普遍小于冬季和春季；溶解氧含量随月度变化呈正弦变化趋势，最大值出现在1月，最小值出现在9月；溶解氧含量的时间分布特征主要受水温影响，此类影响因素随时间变化常年存在；空间分布特征存在一定的规律性，主要为随深度增加而降低。

3.2 溶解氧含量的影响因素

3.2.1 温度

天津近岸海域溶解氧含量与温度的关系如图4所示。对实测数据进行回归分析，可得溶解氧含量DO=-0.102 8(t)+9.647 3(R2=0.120 9)。可以看出，溶解氧含量与温度呈负相关关系，即温度低时溶解氧溶解度大、含量高，温度高时溶解氧溶解度小、含量低。

图4 天津近岸海域溶解氧含量与温度的关系

3.2.2 盐度

天津近岸海域溶解氧含量与盐度的关系如图5所示。对实测数据进行回归分析，可得溶解氧含量DO=-0.141 2(s)+11.864(R2=0.047 1)。可以看出，溶解氧含量与盐度呈负相关关系，即盐度低时溶解氧溶解度大、含量高，盐度高时溶解氧溶解度小、含量低[8]。

图5 天津近岸海域溶解氧含量与盐度的关系

3.2.3 pH值

天津近岸海域溶解氧含量与pH值的关系如图6所示。对实测数据进行回归分析，可得溶解氧含量DO=3.985 3(pH)-24.54(R2=0.197 9)。可以看出，溶解氧含量与pH值呈正相关关系且线性关系显著，这主要是由于海洋植物的光合作用[9]。

图6 天津近岸海域溶解氧含量与pH值的关系

4 结语

本研究基于2001—2015年15年的长时间序列溶解氧含量和相关理化因子的多源数据，研究天津近岸海域溶解氧含量的时空分布及其影响因素，主要得出6点结论。

(1)15年来天津近岸海域溶解氧含量的年均值随年度整体变化幅度较小，分布稳定；溶解氧含量年均值在2008年出现较小值，2008年后有略微升高的趋势，在2012年出现较大值。

(2)天津近岸海域溶解氧含量的表层平均值和底层平均值均存在由大到小依次为冬季、春季、秋季、夏季的规律，这主要受控于温度的影响：冬季温度低，溶解氧含量达到全年最大；夏季温度为全年最高，溶解氧含量也降到全年最低。

(3)15年来天津近岸海域溶解氧含量的月均值随月度变化呈正弦变化趋势；最高值出现在1月，最低值出现在9月，6—9月均较低。

(4)在垂直分布上，溶解氧含量随深度的增加有降低的趋势，这主要是由于表层海气交换充分且阳光充足，植物的光合作用占优势。

(5)海水温度和盐度都对溶解氧含量产生重要影响，溶解氧含量与温度和盐度均呈负相关关系。

(6)海水pH值对溶解氧含量也有一定的影响，由多年数据看出，溶解氧含量与pH值的线性关系较为显著且呈正相关关系。

[1] 于圣睿,孙秉一.南黄海溶解氧的分布与季节变化[J].山东海洋学院学报,1980,10(2)：81-90.

[2] 宋国栋,石晓勇,祝陈坚.春季黄海溶解氧的平面分布特征及主要影响因素初探[J].海洋环境科学,2007,26(6)：534-536.

[3] 董景岗,王海霞,李伟.天津近岸海水溶解氧分布特征[J].天津科技大学学报,2009,24(3)：26-30.

[4] 屠建波,张秋丰,胡延忠，等.天津近岸典型区域生态环境变化趋势分析[J].海洋湖沼通报,2009(2)：14-18.

[5] 叶红梅,李兆千,易伟，等.渤海湾天津近岸海区重金属生态评价[J].河北渔业,2011(12)：29-32,54.

[6] 王晓宇,杨红生,孙金生，等.天津近岸海域氮磷营养盐分布及富营养化评价[J].海洋科学,2011,35(9)：56-61.

[7] 王继龙.辽河口水质调查及低氧区形成机理研究[D].北京：北京化工大学,2004：3-5.

[8] 石晓勇,陆茸,张传松,等.长江口邻近海域溶解氧分布特征及主要影响因素[J].中国海洋大学学报,2006,36(2)：287-290.

[9] 尤爱民,陈绍勇,周伟华.南海北部秋季营养盐、溶解氧、pH值和叶绿素a分布特征及相互关系[J].海洋通报,2006,25(5)：9-16

CharacteristicsofDissolvedOxygenandItsAffectingFactorsinTianjinOffshoreSeawater

LI Xiao,WANG Xiaoli,LIU Shuming,ZENG Rong,QU Yanmin,FU Ruiquan

(National Marine Data and Information Services，Tianjin 300171，China)

The temporal and spatial distribution characteristics and affecting factors of dissolved oxygen in the offshore water of Tianjin in recent 15 years were studied,based on the dissolved oxygen data.The results showed that the inter-annual variation of the annual averages of the dissolved oxygen content in Tianjin coastal regions was small.The maximum and minimum annual average of the dissolved oxygen was respectively found in 2012 and 2008,and with time goes on,the annual change of the dissolved oxygen was firstly decreased and then slowly increased.The dissolved oxygen content varied with seasons,and a descending order that winter,spring,autumn and summer was found in surface seawaters,as well as in bottom seawaters.From January onwards,the variations of the dissolved oxygen content were in sine forms,and the maximum and minimum was respectively found in January and September.As the water depth increases,the dissolved oxygen content showed a decreasing trend as the result of the loss of good water-air exchange functions,adequate illuminations and effective plants photosynthesis in surface seawaters.Statistical analysis showed that factors including the temperature,salinity and pH were related to the dissolved oxygen content,and indicating that these factors may determine the dissolved oxygen content of coastal waters in Tianjin.

Dissolved Oxygen,Seawater quality,Marine environment,Environmental monitoring

2017-03-01；

：2017-07-28

李潇，工程师，硕士，研究方向为海洋生态环境数据信息化管理

P7

：A

：1005-9857(2017)08-0075-04