大亚湾及其邻近海域夏季温度、盐度的分布特征

李禹辉，邱 云，3*，杨龙奇，胡建宇，3

(1.自然资源部第三海洋研究所，福建 厦门 361005；2.厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室、海洋与地球学院，福建 厦门 361102；3.南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海)，广东 珠海 519082)

大亚湾位于南海北部，是广东省东南部一个半封闭浅水湾，平均水深约为10 m，湾口海域宽阔。大亚湾受东亚季风控制，6—8月为西南季风期，10月至翌年3月为东北季风期，其他月份为季风转换期[1]。温度和盐度作为基本海洋水文要素，是海洋生物活动的重要影响因子[2-3]，其在大亚湾海域的温盐分布特征也因此成为海洋学研究的热点问题之一。曾刚等(1991)利用1986—1987年大亚湾生态零点调查中的实测资料，讨论了大亚湾海水温度时空分布，指出了温度分布整体上呈现从湾内向湾口减小、西岸高于东岸的特征，且表、底层温度年变化趋势相似[4]；张炳楷等(1990)利用同一时期的温盐资料分析了大亚湾海水温度、盐度的季节变化特征，其研究表明夏季(特别是7、8月份)在大辣甲附近存在一个由底层冷水向上涌升而形成的低温高盐中心[5]；李立等(1990)指出该涌升水源来自南海次表层的冷水[6]。外海高盐冷水入侵还导致了湾内5—10月出现较强的季节性温跃层[7-8]。张炳楷(1992)通过对比1987年与1989年大亚湾温盐结构的差异，发现夏季南海次表层冷水入侵大亚湾的迹象十分明显，但不同年份入侵流在湾内大辣甲附近诱导的涌升水强度有所差异[9]。

近年来，随着大亚湾核电站和岭澳核电站的建成运营，这两个核电站的温排水对湾内水温的时空分布特征产生了一定的影响，进而成为影响研究海域生态环境的重要因素[10]。大亚湾核电站和岭澳核电站排水口的温度比周围水温高3～5 ℃，呈现明显的东南向带状分布[11-12]，并随着潮流向湾内输运。具体表现为：落潮时温排水向湾西南海域输运，在一个潮周期内可到达湾口并继续向大鹏澳运动；涨潮时温排水输运方向大体相反，在排水口附近随潮流向东北移动[13]。

已有的研究主要针对大亚湾温度、盐度的季节变化特征，而对于该海区夏季温度、盐度的日变化过程研究较少[4]。因此，本研究利用2018年7月大潮期多站的定点准同步连续CTD观测资料，分析大亚湾及邻近海域调查期间的温度、盐度分布及其日变化特征，并初步探讨其可能成因。

1 数据及方法

本研究所采用的数据为2018年7月12日—17日大亚湾大潮期定点准同步连续观测的温盐资料。共布设了12个观测站(图1)，通过6条船分两个阶段进行定点准同步连续观测，每个阶段观测6个站。其中，第1阶段(12日9：00至13日9：00)观测C01站、C08至C12站，所有站位均位于湾口及邻近海域；第2阶段(16日9：00至17日9：00)观测C02至C07站，所有站位均位于湾内。

图1 大亚湾及其邻近海域CTD与潮位观测站Fig. 1 CTD stations and tidal gauge station in Daya Bay and its adjacent waters

上述每个站的观测要素均包括温度、盐度，通过便携式CTD (AML BaseX，加拿大 AML Oceanographic公司)每1 h进行1次温盐剖面观测，CTD采样频率为25 Hz，观测25 h，每个站位均共获得25个剖面数据。对温盐原始数据进行质量控制[14]后，获得了垂直方向上1 m间隔的温盐数据。同时采用CTD (SBE37，美国Sea-Bird Electronics公司)进行固定层(2 m层)温盐时间序列观测。

由于大亚湾海域范围较小，湾内、外潮时相差不大，因此选用布设在湾中部附近的T03站潮位数据，代表观测期间潮位的变化特征(图2实线)。潮位观测使用KELLER DCX-22水位记录仪，采样间隔为5 min。由图2可见，大亚湾在一个太阴日内存在两次高潮和两次低潮，两次高、低潮的潮位明显不同，因此为不规则半日潮，这与武文等(2017)的观测和模拟结果[15]是一致的。由图2还可知，12日08:54为高潮时，在14:44达到低潮时；16日11:39为高潮时，在17:39达到低潮时，因而第1阶段和第2阶段分别选取靠近高(低)潮时点的整点9:00和12:00(15:00和18:00)的CTD数据绘图，代表高潮时(低潮时)的温盐分布特征。

本研究中使用了ASCAT 卫星遥感海面风场资料[16]。空间水平分辨率为 0.25°×0.25°，时间分辨率为日平均，时间跨度为2018年7月4日—12日。海表温度(Sea surface temperature,SST)数据是来自美国国家海洋气象局(NOAA)提供的空间分辨率为0.25°×0.25°的OISST逐日海表温度数据，时间跨度为2018年7月4日—12日(https://www.ncdc.noaa.gov/oisst/data-access)。

2 结果与讨论

2.1 高、低潮时温盐平面分布特征

2.1.1 低潮时 从图3可以看出，低潮时，表层海水温度在28.70～29.63 ℃之间，平均水温为29.13 ℃，水平温差为0.93 ℃；低温中心分布于桑洲附近海域，温度约为28.70 ℃；高温中心位于湾顶，最大温度为29.63 ℃，湾外水温相对较低，因此从湾顶至湾外形成“内高外低”的分布形态。10 m层温度由湾口向湾外递减，水平温差达2.35 ℃，温度分布西部高于东部。

表层盐度介于30.24～31.34之间，平均盐度为30.98。盐度分布呈由湾顶向湾口增加的态势。在大辣甲至C09站附近为一大面积高盐区，盐度高于31.00。10 m层盐度分布也大体呈湾内低、湾外高的特征，并可见盐度分布经湾口东侧向湾外递增，其分布范围与温度大体一致。

图2 2018年7月12日—17日T03站潮位变化曲线Fig. 2 Tidal variation at station T03 from July 12th to 17th, 2018图中实线代表6船同步观测期的潮位变化，虚线代表余下时段的潮位变化。

从温盐分布特征(图3)可知，低潮时湾内主要为高温低盐水，湾外为低温高盐水，尤其在10 m层特别明显。调查期间属于夏季，因此这种分布特征反映了海陆热力差异的影响。此外，高水温中心位于湾西部，可能与电站的温排水输入有关。

图3 大亚湾及其邻近海域夏季大潮期低潮时不同层位温度、盐度的平面分布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 高潮时 高潮时的温盐平面分布特征如图4所示，由于湾外相对低温高盐海水的推进，因而表层(1 m层)温度较低潮时低，温度介于28.06～29.14 ℃之间，平均温度为28.58 ℃，比低潮时低0.55 ℃。等温线向湾顶收缩，空间分布形态与低潮时的大体一致，湾北部温度最高，湾口温度较低，因此从湾顶至湾外也呈现“内高外低”的分布态势。在10 m层，湾外温度下降较显著，温度从湾口向C08站递减。

图4 大亚湾及其邻近海域夏季大潮期高潮时温度、盐度的平面分布Fig. 4 Horizontal distributions of temperature and salinity at high tide during spring tide in summer in Daya Bay and its adjacent waters

高潮时的表层盐度分布与低潮时相似但盐度略高，平均盐度为31.00，比低潮时的盐度高0.02，相对高盐度(31.20)海水的影响范围明显大于低潮时，最北可达C06站。10 m层也可见与低潮时类似的湾顶高、湾口低的分布特征，但高潮时，湾内的低盐水从湾口向南延伸，其范围与同期温度分布大体一致。

2.2 高、低潮时温盐断面分布特征

为了揭示调查区域温盐的垂向分布特征，我们根据调查站位选取一个从湾顶至湾口的断面，即C05至C08站所在断面(图1)。温盐断面分布如图5所示，该图呈现出大亚湾温度“内高外低”，盐度“内低外高”的分布特征，与上文所述的平面分布特征相吻合。

图5 大亚湾夏季大潮期C05至C08断面温度、盐度分布Fig. 5 Temperature and salinity distributions along section C05-C08 in Daya Bay during spring tide in summer

从温盐断面图可见，由于大亚湾水深较小，湾内(C05至C07站之间)水深不足15 m，湾内区域垂向上水体混合充分，温度和盐度的垂向梯度较小，温跃层及盐跃层均较弱。湾外(C08站)水深较大，在高、低潮时温度及盐度都呈现明显的层化结构，温跃层及盐跃层均较强。高潮时C07、C08站间温跃层介于9.5 ～14.0 m之间，厚度约为5.0 m；盐跃层介于6.5～13.5 m之间，厚度在7.0 m左右；温度和盐度跃层强度分别约为1.11 ℃/m和0.37 /m。低潮时温、盐跃层强度均比高潮时小，分别约为0.68 ℃/m和0.34 /m。从图5还可以看出，湾外(C07站南侧)下层，存在一支低温高盐的海水，温度小于23.00 ℃，盐度大于34.00，表层和底层温差较大，可达7.50 ℃。这是由于夏季太阳短波辐射强，表层海水温度较高加之有外海底层冷水入侵，层化现象加强，表层热量向下传导的速度减缓，致使温差较大。

陈义斌等(1993)在1988年的观测中发现来自粤东上升流区的底层冷水可入侵至大鹏澳[17]。然而，本研究观测期间冷水并未入侵至湾内，仅出现在湾口附近，意味着调查期间上升流较弱。已有研究表明，夏季西南风是粤东上升流的主要驱动机制，地形则决定了上升流的空间分布[18-20]。调查期间逐日海面风场及SST变化如图6所示，从图6(a)可以看出，调查前期(7月4日)粤东沿岸为有利于上升流形成的西南风控制，近岸水温(小于27 ℃)较外海明显偏低，说明调查前期上升流较为强盛。7月8日，海面风场转向为东风/东北风，并持续至16日。从图6(b)、(c)可以看出，在东风/东北风的持续作用下，近岸SST明显上升且低温水范围缩小，意味着上升流减弱，说明调查期间偏东风的存在不利于粤东沿岸上升流的发展与维持，从而抑制了粤东底层冷水的涌升和入侵大亚湾内。因此，调查期间，外海底层冷水入侵大亚湾的迹象并不明显，从图4(b)、(d)及图5可以看出，入侵迹象仅出现在C07站及其外部海域。

图6 2018年7月南海北部风场及SST变化Fig. 6 Variation of wind field and SST in the northern South China Sea in July 2018

2.3 温盐日变化

为进一步分析大亚湾夏季大潮期温度、盐度的日变化特征，我们绘制了温度、盐度垂直分布的时间序列图(图7、8)。由图7可见，虽然调查海域下层温度日变化不明显，但上层温度日变化显著，且因区域而异。位于湾外6个站(C01、C08至C12)的上层温度主要受太阳短波辐射的主导作用，在短波辐射达到极大值时刻(一般为12:00—13:00之间)的2～3 h内(即15:00左右)达到最大值[21]，之后温度开始下降，最低值出现在次日06:00前后。湾内因受多种因素影响，上层温度日变化特征较为复杂。除了C02站外，其余5个站(C03至C07)温度均在18:00左右达到最大值，从图9可以看出，温度和盐度的极值点都与潮时相近，可能体现的是潮汐的影响。C02站较为特殊，温度在午后开始增加，最大值出现在次日上午09:00。该站点海温变化明显异于其他站点，其变化与太阳辐射和潮流变化并不同步，加之大亚湾周边没有大的河水径流注入，陆地影响较为有限，因此该站点独特的海温变化很可能是由核电站温排水引起的，我们观测到的海水盐度的同步变化进一步提供了佐证。

图7 2018年7月大亚湾及其邻近海域各CTD观测站位温度剖面时间序列Fig. 7 Time series of temperature profile at CTD observation stations in Daya Bay and its adjacent waters in July 2018C01、C08至C012为12日9：00至13日9：00观测，C02至C07为16日9：00至17日9：00观测，下同。

图8 2018年7月大亚湾及其邻近海域各CTD观测站位盐度剖面时间序列Fig. 8 Time series of salinity profile at CTD observation stations in Daya Bay and its adjacent waters in July 2018

图9 2018年7月C05站2 m层温度、盐度时间序列Fig. 9 Time series variation of temperature and salinity at 2 m layer at station C05 in July 2018

盐度日变化主要集中在中、上层水体，0～10 m层的日变化幅度最大，底层最稳定。位于湾外的6个站(C01、C08至C12)上层盐度日变化较小，其下盐跃层呈现明显的不规则半日变化，体现了潮汐作用的结果。湾内盐度变化较为复杂，区域间差异显著，盐度日变化主要表现为昼高夜低。C07站处于湾内、外海水的交汇处，盐度于午后开始逐渐增大，并在18：00达到最大值，特别是下层变化更为明显[图8(g)]。C07站下层的温度、盐度变化清楚地反映了大亚湾夏季大潮期间湾外底层低温高盐水的入侵过程。C02站处于核电站温排水的影响区，温排水输入使得观测期间盐度持续降低，这与温度日变化过程互相印证。C05站存在两个盐度峰值，分别在18：00与次日06：00左右达到极值[图8(e)]，因与低潮时相近，可能与潮汐作用有关，但由于观测时间短，这一现象的成因还有待更多的观测资料进一步研究。

3 结论

本研究利用2018年7月在大亚湾及其邻近海域大潮期间定点准同步连续观测的CTD资料，分析了调查期间研究海域温度和盐度的分布及其日变化特征，并探讨其可能成因。获得了如下结论：

(1)大亚湾夏季大潮期表层温度呈“内高外低”的分布特征，盐度呈“内低外高”的特征；湾内水体具有低温高盐的特性，来自湾内的高温水加之下层有粤东上升流冷水的楔入，使得湾外呈垂直分层结构，这一结构可影响至湾口大辣甲附近。

(2)大亚湾温盐断面分布也表现出与平面分布一致的特征。湾内由于水深较小，海气界面较强的动量交换可影响至底层，湾内垂向上充分混合；湾外测站在垂向上可发现两个性质不同的水团上下叠置，存在温度和盐度跃层且跃层强度较大。

(3)调查期间的温盐日变化按其特征和影响因素可划分为3个主要的区域。第一个是湾外区域，受太阳辐射影响，温度日变化与太阳辐射强度的日变化趋势相对应，一日内出现一个最大值和一个最小值。第二个是湾内的中东部海域，受不规则半日潮影响，日变化过程由潮流的周期性运动所致，一日内存在两峰两谷，极值出现的时间与高潮、低潮时相近。第三个是湾内西部核电站附近海域，其温度变化较为独特，与太阳辐射和潮流变化均不同步，可能与核电站温排水的影响有关。