基于近岸海域自動(dòng)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)的水華發(fā)生過(guò)程分析

李天深，藍(lán)文陸（廣西壯族自治區(qū)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，廣西　北海　536000）

?

基于近岸海域自動(dòng)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)的水華發(fā)生過(guò)程分析

李天深，藍(lán)文陸
（廣西壯族自治區(qū)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，廣西北海536000）

摘要：利用位于廣西廉州灣的自動(dòng)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)從2010年開(kāi)始監(jiān)控到的水華監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析水華發(fā)生前后溶解氧、pH、葉綠素等數(shù)據(jù)變化，結(jié)合氣象、浮游植物密度數(shù)據(jù)，探討不同赤潮藻增殖過(guò)程環(huán)境因子的變化規(guī)律，為赤潮機(jī)理及預(yù)警預(yù)報(bào)研究提供科學(xué)參考。廉州灣水華的葉綠素自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)高值范圍為24.5～77.0 μg/L，浮游植物優(yōu)勢(shì)種為硅藻，浮游植物密度接近赤潮爆發(fā)的閾值。自動(dòng)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)能捕捉并監(jiān)控到水華發(fā)生全過(guò)程，其長(zhǎng)時(shí)間高頻率的觀測(cè)資料可有效應(yīng)用于水華及赤潮的預(yù)警預(yù)報(bào)。不同藻種水華的自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化具有差異性，在進(jìn)行水華預(yù)警時(shí)應(yīng)綜合考慮葉綠素、溶解氧以及pH的變化。氣象因素是水華誘發(fā)的因素，降雨過(guò)后，氣溫突升，風(fēng)速小于等于三級(jí)時(shí)，可結(jié)合自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，發(fā)布水華預(yù)警。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)監(jiān)測(cè)；水華；葉綠素；溶解氧；pH

近年來(lái)，隨著我國(guó)沿海赤潮發(fā)生頻率、強(qiáng)度和范圍的上升以及赤潮危害的加劇（張麗旭等，2010；洛昊等，2013），對(duì)赤潮發(fā)生機(jī)理及預(yù)警預(yù)報(bào)研究成為一個(gè)重大的科學(xué)問(wèn)題。而近岸海域自動(dòng)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)由于可以在惡劣環(huán)境下實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守的全天候長(zhǎng)期連續(xù)定點(diǎn)觀測(cè)，是赤潮機(jī)理和預(yù)警研究的一種較好且有效的手段。通過(guò)自動(dòng)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)分析，國(guó)內(nèi)外學(xué)者實(shí)現(xiàn)對(duì)赤潮的跟蹤監(jiān)測(cè)研究（Lee et al，2005；Kim et al，2006；陳國(guó)斌，2012），也建立短期的赤潮預(yù)報(bào)模式（莊宏儒，2006；吳玉芳，2012；李天深等，2011），但缺乏足夠的實(shí)際應(yīng)用以驗(yàn)證。而且由于赤潮發(fā)生的復(fù)雜性和特異性，基于自動(dòng)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)的赤潮機(jī)理及預(yù)警預(yù)報(bào)仍有待深入研究。

廣西廉州灣地處北部灣灣頂，位于北海市北側(cè)，該灣大部分區(qū)域水深較淺，海灣口門寬約23.4 km，海灣面積260 km2，是北海市重要的海產(chǎn)品養(yǎng)殖區(qū)。受南流江以及沿岸工農(nóng)業(yè)、生活污水?dāng)y帶的污染物的影響，廉州灣部分海域處于富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，多次發(fā)生赤潮（韋蔓新等，1998；李鳳華等，2007；李波等，2015）。為監(jiān)控廉州灣的水質(zhì)及赤潮發(fā)生狀況，廣西海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站在廉州灣布置3個(gè)自動(dòng)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)。2010年以來(lái)，自動(dòng)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)監(jiān)控到6次高葉綠素、高溶解氧、高pH現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)主要是由于浮游植物爆發(fā)性增殖引起的，浮游植物密度接近赤潮發(fā)生閾值，為浮游植物水華現(xiàn)象（Miller et al，2004）。本文利用監(jiān)控到的6次水華的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析水華發(fā)生前后氣象、溶解氧、pH、葉綠素等數(shù)據(jù)變化，探討不同赤潮藻種增殖過(guò)程環(huán)境因子的變化規(guī)律，闡述利用自動(dòng)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)對(duì)水華及赤潮進(jìn)行預(yù)警預(yù)報(bào)應(yīng)注意問(wèn)題，為基于自動(dòng)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)的赤潮機(jī)理及預(yù)警預(yù)報(bào)研究提供科學(xué)參考。

1　材料與方法

1.1研究區(qū)域及站位設(shè)置

在廣西北部灣海域的廉州灣布置3個(gè)自動(dòng)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)，編號(hào)分別為A01、A02、A03，具體位置見(jiàn)圖1。

圖1　廉州灣自動(dòng)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)位置

1.2監(jiān)測(cè)方法

1.2.1水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)

自動(dòng)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)由密封倉(cāng)系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、航標(biāo)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、固定錨鏈系統(tǒng)、太陽(yáng)能供電系統(tǒng)和室內(nèi)監(jiān)控接收系統(tǒng)組成。其中，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主機(jī)為多參數(shù)水質(zhì)測(cè)定儀（美國(guó)YSI公司生產(chǎn)，型號(hào)為YSI6600型）。主要監(jiān)測(cè)要素見(jiàn)表1。

表1　主要監(jiān)測(cè)要素

自動(dòng)監(jiān)測(cè)站主要監(jiān)測(cè)表層（1.5 m）水質(zhì)狀況。測(cè)定一次的時(shí)間間隔為30 min，數(shù)據(jù)通過(guò)移動(dòng)衛(wèi)星通信GPRS傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。監(jiān)測(cè)期間定期（＜15天/次）對(duì)儀器進(jìn)行維護(hù)、校準(zhǔn)，以保證儀器的運(yùn)行性能維持在最佳工作狀態(tài)，確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠。

1.2.2氣象監(jiān)測(cè)

自動(dòng)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)上安裝氣象自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀（美國(guó)AIRMAR公司生產(chǎn)，型號(hào)為BP200），可監(jiān)測(cè)氣溫、氣壓、風(fēng)向、風(fēng)速以及相對(duì)濕度。監(jiān)控到水華發(fā)生時(shí)，對(duì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)的氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，風(fēng)力等級(jí)劃分依據(jù)采用《風(fēng)力等級(jí)》（GB/T 28591-2012）進(jìn)行，同時(shí)觀測(cè)記錄實(shí)際天氣情況。

1.2.3比對(duì)監(jiān)測(cè)

自動(dòng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控到水華發(fā)生時(shí)，采用室內(nèi)校準(zhǔn)及性能測(cè)試合格的便攜式多參數(shù)儀（德國(guó)WTW Multi 350i）到海上進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)海水溫度、鹽度、pH、溶解氧的手工測(cè)定，并采集葉綠素樣品回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定。現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)測(cè)定和采樣時(shí)間與自動(dòng)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)測(cè)試時(shí)間一致，記錄采樣時(shí)間點(diǎn)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并與手工測(cè)定結(jié)果進(jìn)行比較分析。葉綠素采樣及分析參照《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》（GB17378-2007）進(jìn)行。

1.2.4浮游植物檢測(cè)

發(fā)生異常時(shí)浮游植物調(diào)查和分析方法：利用小體積采水器分別采集表層海水0.5 L，立即用魯哥氏液固定，使其最終濃度為15‰。帶回實(shí)驗(yàn)室后，搖勻水樣，取出0.1 mL樣品，利用浮游植物分析框在Olympus IX51倒置式顯微鏡下觀察、計(jì)數(shù)和鑒定種類。為了使誤差減少到10%，每次計(jì)數(shù)的浮游植物細(xì)胞數(shù)均達(dá)到400個(gè)以上。

1.3數(shù)據(jù)分析

1.3.1自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理

水華發(fā)生時(shí)，位于廉州灣的3個(gè)自動(dòng)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均發(fā)生類似的變化，其中位于南流江口的A02號(hào)站點(diǎn)變化趨勢(shì)更加明顯，本文主要以該站點(diǎn)的數(shù)據(jù)變化作為典型站點(diǎn)，對(duì)水華發(fā)生前7 d、水華發(fā)生過(guò)程以及水華后期的自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

1.3.2水華的判定

赤潮時(shí)葉綠素a含量通常超過(guò)10 μg/L（張水浸等，1994），而自然界中浮游植物葉綠素以葉綠素a占絕大多數(shù)，因此本文以葉綠素含量大于10 μg/L作為水華發(fā)生的依據(jù)（蔡勵(lì)勛，2008）。

數(shù)據(jù)采用SPSS19的Pearson相關(guān)性進(jìn)行分析，作圖采用origin8.0的plot功能完成。

2　結(jié)果與分析

2.1廉州灣水華發(fā)生概況及水華發(fā)生期間天氣變化

2010年至2013年，位于廣西廉州灣的自動(dòng)監(jiān)測(cè)站共監(jiān)控到6次水華（表2），其中7月份發(fā)生水華次數(shù)最多，為3次，其次是6月份，為2次，2月份發(fā)生1次水華。水華持續(xù)的時(shí)間較短，為2～6 d，2012年2月及6月水華持續(xù)時(shí)間最短，僅為2 d，2010年7月水華持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)，為6 d。發(fā)生水華的藻類主要為常見(jiàn)硅藻，有中肋骨條藻、薄壁幾內(nèi)亞藻、角毛藻、海鏈藻等4種，密度為0.12～2.34×106個(gè)/L，接近相關(guān)藻種的赤潮閾值（赤潮監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程，2005），浮游植物優(yōu)勢(shì)種單一。

表2　2010年-2013年水華期間主要參數(shù)的高值監(jiān)測(cè)結(jié)果

6次水華發(fā)生過(guò)程氣象變化情況見(jiàn)表3。水華持續(xù)期間，最高氣溫均較前期有升高的趨勢(shì)。且水華發(fā)生前期，均出現(xiàn)降雨情況。隨著降雨結(jié)束，氣溫開(kāi)始升高，特別是在2012年2月份，水華中期與前期相差接近8℃，而在夏季則出現(xiàn)1至3℃的變化。水華中期風(fēng)速也較前期出現(xiàn)下降，基本小于等于3級(jí)。在水華消亡期，氣溫出現(xiàn)下降趨勢(shì)，風(fēng)速均有所增加。

表3　水華發(fā)生過(guò)程中氣象因素的變化

2.2水華期間主要自動(dòng)監(jiān)測(cè)參數(shù)的比對(duì)分析結(jié)果

2010-2013年廉州灣發(fā)生的6次水華期間，海水的pH、溶解氧及葉綠素均顯著升高。位于南流江口的A02號(hào)站點(diǎn)水華期間手工測(cè)定的pH高值范圍為8.43～9.38，溶解氧高值范圍為14.21～16.35mg/L，葉綠素高值范圍為16.6～70.1 μg/L（表2）；同步的自動(dòng)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)測(cè)定pH高值范圍為8.51～9.26，溶解氧高值范圍為13.11～15.23 mg/L，葉綠素高值范圍為24.5～77.0 μg/L（表2）。

現(xiàn)場(chǎng)pH、溶解氧比對(duì)結(jié)果與自動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果基本一致（表2），自動(dòng)監(jiān)測(cè)pH結(jié)果相對(duì)于手工監(jiān)測(cè)結(jié)果的絕對(duì)誤差在0.08～0.18之間，溶解氧相對(duì)誤差在4.4～10.3%之間。而葉綠素自動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果與手工比對(duì)結(jié)果差異相對(duì)較大，相對(duì)誤差在-60.3～-9.8%之間，且自動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果均略大于實(shí)驗(yàn)室測(cè)定結(jié)果。

2.3典型水華發(fā)生過(guò)程自動(dòng)監(jiān)測(cè)參數(shù)變化特征

對(duì)2011年7月以及2013年7月A02號(hào)自動(dòng)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)監(jiān)測(cè)到的兩次典型水華數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，其主要參數(shù)的變化分別見(jiàn)圖2和圖3。2011年7月4日之前，水溫、溶解氧、pH值、葉綠素變化平穩(wěn)，葉綠素監(jiān)測(cè)值變化范圍為0.5～3 μg/L，處于正常的變化范圍。7月4日之后，水溫出現(xiàn)一個(gè)顯著的升高趨勢(shì)，從29.5℃升高到33.1℃，升高幅度達(dá)3.6℃。與此同時(shí)，溶解氧、pH以及葉綠素也出現(xiàn)顯著升高的現(xiàn)象，溶解氧從5.8 mg/L升到17.0 mg/L，pH 從8.0升高到8.9，葉綠素從3.4μg/L升到42.4μg/L。7月6日開(kāi)始，溶解氧、pH出現(xiàn)下降趨勢(shì)，葉綠素在7月5日出現(xiàn)最高值，達(dá)到64 μg/L，7月8日之后開(kāi)始下降，基本低于10 μg/L。

2013年7月3日至7月17日出現(xiàn)兩次葉綠素監(jiān)測(cè)值大于10 μg/L的時(shí)段。第一次出現(xiàn)在7月5日至7日，僅有個(gè)別時(shí)段葉綠素監(jiān)測(cè)值較高，且持續(xù)的時(shí)間相對(duì)較短。第二次出現(xiàn)在7月11日至15日，高葉綠素值持續(xù)的時(shí)間比第一次長(zhǎng)，大部分時(shí)段均高于10 μg/L。水溫、葉綠素、溶解氧及pH也出現(xiàn)同步升高的趨勢(shì)。7月12日，水溫從30.6℃升高到32.9℃，升高2.3℃，溶解氧從6.2 mg/L升高到13.1 mg/L，pH從8.3升高到8.9，葉綠素從8.8 μg/L升高到40.5 μg/L。此后，葉綠素、溶解氧開(kāi)始同步下降。

圖2　2011年7月A02號(hào)站點(diǎn)水華發(fā)生過(guò)程數(shù)據(jù)變化

圖3　2013年7月A02號(hào)站點(diǎn)水華發(fā)生過(guò)程數(shù)據(jù)變化

2.4自動(dòng)監(jiān)測(cè)因子的相關(guān)性分析

2011年7月水華前后自動(dòng)監(jiān)測(cè)因子的相關(guān)性見(jiàn)表4。可以表征浮游植物生物量的葉綠素與水溫、pH、溶解氧均具有顯著的正相關(guān)性，與鹽度具有顯著的負(fù)相關(guān)。溶解氧與pH有顯著的正相關(guān)。而在對(duì)2013年7月的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，葉綠素與水溫、pH、溶解氧均具有顯著的正相關(guān)，與濁度有顯著的負(fù)相關(guān)（表5），同樣溶解氧和pH也存在顯著的正相關(guān)。綜合兩次典型水華數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，葉綠素與溶解氧、pH和水溫具有顯著的相關(guān)性，溶解氧和pH有顯著的正相關(guān)，在利用自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)水華進(jìn)行預(yù)警時(shí)候應(yīng)綜合考慮葉綠素、溶解氧、pH和水溫的變化規(guī)律。

表4　2011年7月水華自動(dòng)監(jiān)測(cè)因子的相關(guān)性（n=583）

表5　2013年7月水華自動(dòng)監(jiān)測(cè)因子的相關(guān)性（n=864）

3　討論與結(jié)論

3.1自動(dòng)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)對(duì)水華的監(jiān)測(cè)預(yù)警

在自動(dòng)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)監(jiān)控到水華現(xiàn)象時(shí)，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)監(jiān)測(cè)，pH、溶解氧的自動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)結(jié)果基本一致，實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的葉綠素含量也較高。實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的葉綠素與自動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果差異較大，主要是由于自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器葉綠素測(cè)定方法為活體熒光法，不能區(qū)分不同類型的葉綠素含量，與實(shí)驗(yàn)室分光光度分析方法不同。但葉綠素自動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果不影響對(duì)水華的趨勢(shì)判斷，從圖2和圖3可以看出，水華發(fā)生時(shí)相對(duì)于前期葉綠素變化幅度很大，呈突變式變化，因此即使自動(dòng)監(jiān)測(cè)葉綠素結(jié)果與實(shí)驗(yàn)室手工方法存在一定的偏差，利用自動(dòng)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)仍能有效的對(duì)水華進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，并為赤潮實(shí)時(shí)預(yù)警預(yù)報(bào)提供了可行性。從在北部灣赤潮多發(fā)海區(qū)廉州灣布設(shè)的3個(gè)自動(dòng)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)2010-2013年共4年的應(yīng)用結(jié)果顯示，自動(dòng)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)可實(shí)現(xiàn)全天候、全天時(shí)長(zhǎng)期連續(xù)定點(diǎn)觀測(cè)，能捕捉到海域所發(fā)生的水華，并且可在線監(jiān)控到水華發(fā)生全過(guò)程，其長(zhǎng)時(shí)間高頻率的觀測(cè)資料在水華及赤潮的監(jiān)控預(yù)警預(yù)報(bào)中有著不可替代的作用。

研究結(jié)果也顯示出了自動(dòng)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)在赤潮監(jiān)控預(yù)警中的不足之處，其中最大的不足在于其不能監(jiān)測(cè)赤潮生物種類及其密度，無(wú)法區(qū)分水華和有害赤潮。赤潮也被稱作“有害藻華”（Anderson et al，1997），其形成、發(fā)展和消亡的過(guò)程對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境，尤其是近岸海洋生態(tài)環(huán)境會(huì)造成一定危害。廣義上講赤潮都是有害的，而本研究所監(jiān)控到的水華現(xiàn)象，發(fā)生范圍較小、持續(xù)時(shí)間較短，且均為無(wú)毒硅藻，環(huán)境影響相對(duì)較小。2010年到2013年，廉州灣在初春（2月）或夏季（6月、7月）均發(fā)生硅藻水華現(xiàn)象，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查咨詢，漁民稱每年均發(fā)生類似的現(xiàn)象，說(shuō)明廉州灣浮游植物水華現(xiàn)象可能一直存在，只是隨著監(jiān)測(cè)手段的發(fā)展——近岸海域自動(dòng)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)布置，才在近幾年監(jiān)控到水華現(xiàn)象。浮游植物水華對(duì)整個(gè)海域的初級(jí)生產(chǎn)水平和各生源要素循環(huán)均有重要影響（蘇紀(jì)蘭，2001），廉州灣水華發(fā)生可能是生態(tài)系統(tǒng)具有自我調(diào)節(jié)機(jī)制，通過(guò)硅藻浮游植物大量增殖，消耗前期由于降水輸入大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的同時(shí)，提高海域的初級(jí)生產(chǎn)力，為海域漁業(yè)生產(chǎn)提供能量基礎(chǔ)。因此適當(dāng)?shù)乃A是有益的，但其是否會(huì)演化為有害赤潮仍是我們需要重點(diǎn)監(jiān)控的內(nèi)容。

3.2不同藻種發(fā)生水華時(shí)數(shù)據(jù)變化的差異

對(duì)水華或赤潮進(jìn)行預(yù)警預(yù)報(bào)是自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)置的主要目的，水華或赤潮發(fā)生時(shí)，自動(dòng)站pH、溶解氧以及葉綠素會(huì)出現(xiàn)同步升高的現(xiàn)象（李天深等，2011）。但由于每一赤潮藻種生理生態(tài)的不同，造成其水華或赤潮發(fā)生時(shí)環(huán)境因子變化的差異，如何確定水華或赤潮發(fā)生的閾值以及區(qū)分赤潮藻種成為自動(dòng)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)赤潮預(yù)警的難點(diǎn)。從我們自動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果分析，當(dāng)發(fā)生中肋骨條藻、角毛藻、海鏈藻水華時(shí)，自動(dòng)監(jiān)測(cè)站葉綠素、溶解氧以及pH均達(dá)到很高水平，葉綠素最高值范圍為54.6～77 μg/L，溶解氧高值范圍為13.6～15.2 mg/L，pH最高值范圍為8.9～9.2（表2）。幾種赤潮藻高值變化范圍均比較接近，難以以某一高值確定為某一藻種水華或赤潮發(fā)生閾值。如2011年角毛藻水華時(shí)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在7月4日存在短時(shí)連續(xù)升高的過(guò)程，從中午11點(diǎn)至下午4點(diǎn)，水溫從29.6℃持續(xù)升高到33.1℃，與此同時(shí)，溶解氧從6.3 mg/L升高到15.1 mg/L，pH從8.08升高到8.85，葉綠素從4.0 μg/L升高到27.4 μg/L，此后水溫保持在32℃左右，而pH、溶解氧以及葉綠素仍持續(xù)升高（圖2）。而在2013年海鏈藻水華時(shí)，數(shù)據(jù)變化與2011年不同。2013年水華時(shí)，水溫變化幅度不大，葉綠素、溶解氧、pH在7月11日開(kāi)始略有升高，在7月12日才出現(xiàn)顯著升高的過(guò)程，也就是說(shuō)2013年的水華是一個(gè)緩慢發(fā)生的過(guò)程，而2011年則是短時(shí)內(nèi)快速發(fā)生的過(guò)程。這可能與環(huán)境條件有關(guān)，也可能與不同藻種細(xì)胞大小、色素含量以及其他生理生態(tài)差異有關(guān)。因此，利用自動(dòng)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)進(jìn)行預(yù)警，就必須理清不同赤潮藻種水華時(shí)環(huán)境因子變化過(guò)程的差異，針對(duì)不同的藻種建立不同的預(yù)警預(yù)報(bào)模式，才能全面、有效的對(duì)近岸海域水華或赤潮進(jìn)行預(yù)警預(yù)報(bào)。

3.3多因子綜合預(yù)警及pH在自動(dòng)預(yù)警中的作用

自動(dòng)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)放置于海上，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，自動(dòng)監(jiān)測(cè)探頭常出現(xiàn)數(shù)值偏離或故障，單獨(dú)以某一數(shù)值作為赤潮發(fā)生的閾值進(jìn)行預(yù)警預(yù)報(bào)，難以消除儀器性能故障等因素的影響，存在一定的局限性。利用多因子進(jìn)行綜合監(jiān)測(cè)預(yù)警，不僅可以有效解決上述難題，而且通過(guò)多因子之間的相互關(guān)系，有效印證現(xiàn)場(chǎng)赤潮情況及其變化趨勢(shì)。通過(guò)分析葉綠素與其它自動(dòng)監(jiān)測(cè)因子的相關(guān)性，國(guó)內(nèi)學(xué)者在利用自動(dòng)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)進(jìn)行赤潮預(yù)警時(shí)結(jié)合溶解氧和葉綠素的數(shù)據(jù)。在廈門同安灣，溶解氧百分比為105%、葉綠素為8.0 μg/L可作為中肋骨條藻或旋鏈角毛藻赤潮的預(yù)警值（莊宏儒，2006）。而溶解氧8.0 mg/L、葉綠素為10.0 μg/L也被初步作為廣西廉州灣中肋骨條藻赤潮的預(yù)警值（李天深等，2011）。在對(duì)2010年到2013年廉州灣水華的自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，浮游植物水華期間，葉綠素、溶解氧以及pH均有顯著的同步升高和降低的現(xiàn)象（圖2和圖3），除了葉綠素和溶解氧之外，pH在水華發(fā)生過(guò)程中也發(fā)生顯著的變化。而且相關(guān)性分析結(jié)果表明，pH和葉綠素及溶解氧也有顯著的正相關(guān)。另外，比對(duì)分析的結(jié)果顯示pH參數(shù)與手工監(jiān)測(cè)結(jié)果一致，大部分比對(duì)結(jié)果的偏差均在方法偏差范圍之內(nèi)（＜0.1），表明其比葉綠素和溶解氧更具穩(wěn)定性。因此在對(duì)水華或赤潮進(jìn)行預(yù)警時(shí)，應(yīng)在葉綠素及溶解氧的基礎(chǔ)上綜合考慮pH的變化，通過(guò)葉綠素、溶解氧以及pH的變化規(guī)律確定水華發(fā)生的閾值，可進(jìn)一步提高預(yù)警的準(zhǔn)確性。

3.4氣象參數(shù)在水華預(yù)警中的輔助作用

氣象因素在赤潮形成過(guò)程中發(fā)揮重要作用。在營(yíng)養(yǎng)鹽條件充足的情況下，氣溫、光照、降水、風(fēng)向及風(fēng)力等氣象條件成為赤潮爆發(fā)的重要啟動(dòng)因子（張俊峰等，2006）。對(duì)我國(guó)主要赤潮發(fā)生省份如江蘇（彭模等，2010）、廣東省（吳迪生等，2005；吳迪生等，2011）、天津（鄒濤等，2007）、遼寧省（胡寶強(qiáng)等，2005）等氣象條件對(duì)赤潮發(fā)生影響研究表明，氣象條件是赤潮形成、發(fā)展和消亡的關(guān)鍵因素。在2010-2013年廉州灣6次水華過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)氣象條件與廉州灣水華的發(fā)生、發(fā)展和消亡有著很大的關(guān)系，氣溫以及風(fēng)速等氣象參數(shù)的變化影響廉州灣水華的發(fā)生和消亡。2010年至2013年期間，廉州灣水華主要發(fā)生在春初的2月份以及夏季的6、7月份。2012年2月的春初，前期冷空氣過(guò)后的氣候回暖過(guò)程，天氣晴朗，氣溫突升8℃，在風(fēng)速較弱的條件下引起廉州灣的水華。而夏季是臺(tái)風(fēng)、熱帶風(fēng)暴等影響廣西近岸海域的季節(jié)，臺(tái)風(fēng)來(lái)臨之前，影響海域會(huì)出現(xiàn)高溫的特征（趙輝等，2013）。受熱帶風(fēng)暴“康森”和“杜蘇丙”來(lái)臨前的影響，天氣悶熱，風(fēng)速不大，水溫較前期升高1℃及3℃，引起了2010年7月以及2012年6月的廉州灣水華。另外，在監(jiān)控到6次水華發(fā)生的前期，均出現(xiàn)降雨過(guò)程，降雨造成氣溫降低，河流徑流量增加，污染物以及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)入海量增多，給浮游植物增殖提供基礎(chǔ)條件。隨后天氣轉(zhuǎn)好，氣溫顯著升高，風(fēng)速平緩，給浮游植物爆發(fā)性增殖提供良好的外部條件，在前期降雨帶來(lái)的營(yíng)養(yǎng)鹽輸入充足的情況下，水華現(xiàn)象易于發(fā)生。而從水華發(fā)生過(guò)程氣象因素變化情況（表3）可看出，水華消亡伴隨著風(fēng)速增加以及氣溫降低。因此，氣象因素在水華預(yù)警中應(yīng)作為輔助因子給予以充分考慮，當(dāng)降雨過(guò)后，氣溫突升，風(fēng)速小于等于三級(jí)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注自動(dòng)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)數(shù)據(jù)變化，可結(jié)合自動(dòng)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行水華監(jiān)測(cè)預(yù)警；當(dāng)水華發(fā)生后，如果出現(xiàn)陰雨、氣溫突降以及風(fēng)速增大等天氣，則可結(jié)合自動(dòng)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)關(guān)注水華進(jìn)入消亡和解除預(yù)警的判定。

參考文獻(xiàn)

Anderson D M，1997. Turning back the harmful red tide. Nature，388 （6642）: 513.

Kim G，Lee Y W，Joung D J，et al，2006. Real-time monitoring of nutrient concentrations and red-tide outbreaks in the southern sea of Korea. Geophysical Research Letters，33，L13607，doi: 10.1029/ 2005GL025431.

Lee J W，Hodgkiss I J，Wong K TM，et al，2005. Real time observations of coastal algal blooms by an early warning system. Estuarine，Coastal and Shelf Science，65: 172-190.

Miller C B，2004. Biological Oceanography. Oxford: Blackwell Publishing.

蔡勵(lì)勛，2008.廈門同安灣海域赤潮期間葉綠素變化的若干典型特征.海洋環(huán)境科學(xué)，27（4）：331-334.

陳國(guó)斌，2012.廈門同安灣海域血紅哈卡藻赤潮前的自動(dòng)監(jiān)測(cè)研究.海洋環(huán)境科學(xué)，31（3）：391-394.

國(guó)家海洋局，2005.赤潮監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程（HY/T 069-2005）.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社.

胡寶強(qiáng)，李錫華，2005.淺談水文氣象因素對(duì)遼寧海域赤潮發(fā)生的影響.海洋預(yù)報(bào)，03：64-66.

李波，藍(lán)文陸，李天深，等，2015.球形棕囊藻赤潮消亡過(guò)程環(huán)境因子變化及其消亡原因.生態(tài)學(xué)雜志，34（5）：1 351-1 358.

李鳳華，賴春苗，2007，廣西海域赤潮調(diào)查及對(duì)策建議.環(huán)境科學(xué)與管理，09：76-77，109.

李天深，李遠(yuǎn)強(qiáng)，賴春苗，等，2011.廉洲灣赤潮自動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果與分析.中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)，27（4）：32-35.

洛昊，馬明輝，梁斌，等，2013.中國(guó)近海赤潮基本特征與減災(zāi)對(duì)策.海洋通報(bào)，05：595-600.

彭模，梁曉紅，趙愛(ài)博，2010.連云港海州灣海域赤潮發(fā)生與水文氣象環(huán)境因子特征分析.海洋開(kāi)發(fā)與管理，09：48-53.

蘇紀(jì)蘭，2001.中國(guó)的赤潮研究.中國(guó)科學(xué)院院刊，（5）：339 -342.

韋蔓新，何本茂，1998.廉州灣富營(yíng)養(yǎng)化與赤潮形成的研究［J］.熱帶海洋，04：65-72.

吳迪生，黎廣媚，趙雪，等，2005.廣東沿海赤潮與海洋水文氣象關(guān)系研究.海洋通報(bào)，05：16-22.

吳迪生，王文娟，俞勝賓，等，2011. 2002年廣東沿海赤潮與海洋水文氣象關(guān)系的研究.熱帶氣象學(xué)報(bào)，02：271-277.

吳玉芳，2012.赤潮高發(fā)期間廈門海域葉綠素值預(yù)報(bào)方程建立及應(yīng)用于災(zāi)害性赤潮預(yù)報(bào)模式的研究.海洋預(yù)報(bào)，29（2）：39-44.

張俊峰，俞建良，龐海龍，等，2006.利用水文氣象要素因子的變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)南海區(qū)赤潮的發(fā)生.海洋預(yù)報(bào)，01：9-19.

張麗旭，趙敏，蔣曉山，2010.中國(guó)赤潮發(fā)生頻率的變化趨勢(shì)及其多發(fā)年份的R/S預(yù)測(cè).海洋通報(bào)，01：72-77.

張水浸，楊清良，邱輝煌等，1994.赤潮及其防治對(duì)策.北京：海洋出版社.

趙輝，張書文，侯一筠，謝玲玲，曹瑞雪.熱帶風(fēng)暴“天鷹”對(duì)南海西部浮游植物葉綠素濃度的影響.熱帶海洋學(xué)報(bào)，2013，05：99-106.

莊宏儒.水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在廈門同安灣赤潮短期預(yù)報(bào)中的應(yīng)用.海洋環(huán)境科學(xué)，2006，25（2）：58-61.

鄒濤，葉鳳娟，劉秀梅，等，2007.天津近海赤潮發(fā)生的環(huán)境條件分析.海洋預(yù)報(bào)，04：80-85.

（本文編輯：袁澤軼）

Process analysis of algal bloom in offshore area based on the automatic monitoring buoy

LI Tian-shen，LAN Wen-lu
（Marine Environmental Monitoring Center of Guangxi，Beihai 536000，China）

Abstract：Based on DO、pH and chlorophyll monitoring data in the algal bloom forming and vanishing process，which was received by the automatic monitoring buoy in the Lianzhou Gulf of Guangxi since 2010，the variation characteristics of environmental factors for different algal blooms were discussed together with meteorological data and phytoplankton density in order to provide a scientific reference for the study of mechanism and early warning of red tides. The study showed that，the high value of chlorophyll ranged 24.5～77.0 μg/L in the algal bloom，and the density of phytoplankton which was dominant by diatoms was close to the threshold of the outbreak of the red tide. Automatic monitoring buoy could capture and monitor the whole process of the algal bloom，and its long time and high frequency observation data could be effectively applied to the early warning of the algal bloom. Changes of automatic monitor data had significant difference during the bloom of different phytoplankton. Early warning for the algal bloom by the automatic monitoring buoy should take into account the changes of chlorophyll，dissolved oxygen and pH. Meteorological conditions were the main factors inducing the algal bloom. While the temperature skyrocketed and the wind speed was less than third grade after the rain，and the early warning of the algal bloom could be issued combining with data from the automatic monitoring buoy.

Keywords：automatic monitoring；algal bloom；chlorophyll；dissolved oxygen；pH

中圖分類號(hào)：P76

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-6932（2016）02-0201-08

Doi：10.11840/j.issn.1001-6392.2016.02.011

收稿日期：2015-04-03；

修訂日期：2015-07-12

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（41466001）；廣西自然科學(xué)基金（2013GXNSFBA019224；2013GXNSFAA019281）；廣西科學(xué)研究與技術(shù)開(kāi)發(fā)計(jì)劃（桂科攻14124004-3-13；桂科合14125008-2-8；桂科攻1598016-6）；國(guó)家環(huán)境保護(hù)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)（201309008）。

作者簡(jiǎn)介：李天深（1981-），男，碩士，高級(jí)工程師，主要從事近岸海域自動(dòng)及生態(tài)監(jiān)測(cè)方面研究。電子郵箱：litianshen@126.com。

通訊作者：藍(lán)文陸，博士，高級(jí)工程師。電子郵箱：dr.lan@139.com。