大亞灣及其鄰近海域冬季溫度、鹽度的分布及日變化特征

鄭哲昊，莊 偉，孫振宇，陳照章，朱 佳，梁浩亮

(1.廈門大學近海海洋環境科學國家重點實驗室，福建 廈門 361102；2.惠州市海洋技術中心，廣東 惠州 516000)

大亞灣位于廣東省粵東岸段，是一個半封閉海灣，一般水深在6～16 m[1]。大亞灣內無大河流輸入，潮差一般小于2 m，屬于中等潮差海域[2]。大亞灣是廣東省重要的水產資源保護區，近20 a來隨著大亞灣沿岸經濟的發展，核電站溫排水的排入，大亞灣海域的生態環境發生了較大的變化[3-4]，其環境和水質狀況已引起人們的廣泛關注。因此，了解大亞灣的水文特征，對于大亞灣及其鄰近海域的可持續發展具有重要意義。

大亞灣在每個太陰日(約24.8 h)有2次高潮和2次低潮，2次高潮或2次低潮的潮位不同, 存在明顯的潮汐日不等現象，屬于不正規半日潮[2]。大亞灣海水溫度(T)隨著季節而變化，冬季(12至翌年2月)水溫最低，尤其是12月，最低水溫小于16 ℃；春季(3—5月)屬于增溫季節，平均溫度大約比冬季高5～7 ℃；夏季7月水溫達到最大值，可高達31 ℃以上；而秋季與春季對應，為降溫季節[5]。曾剛等(1991)研究指出，影響大亞灣淺海區水溫日變化的因素主要是太陽輻射和潮流，但也不能忽視其他次要因素(比如內波、風、降水等)的影響[5]。大亞灣有12條主要入海河流，其中1月份淡澳河流量為2.62 m3/s，霞涌河流量為0.27 m3/s，其他河流的流量為0.02～0.17 m3/s[6]。Wu等(2007)指出：在冬季，大亞灣表層和底層海水溫度的水平分布規律是相似的[7]。Tang等(2003)通過分析衛星遙感AVHRR的海表溫度數據，指出在大亞灣核電站建成以后，灣內水溫從1997年11月到1999年6月增加了1～3 ℃[8]。吳傳慶等(2006)利用多個時相的TM影像，反演大亞灣核電站溫排水水域的水溫，分析指出大亞灣核電站排水的出口溫度比周圍水溫高，影響半徑為2.5 km；隨著2002年7月和2003年3月嶺澳核電的前兩臺機組投入運行，溫排水影響半徑提高到了7 km左右[9]。在2010年9月和2011年8月，嶺澳核電3號與4號機組也投入運行，這可能會進一步增大溫排水的影響范圍。

前人關于大亞灣水文特征變化的研究并不多見。從現有的研究成果來看，許多工作都借助了模型分析[1-2]，且在時間尺度上多關注于季節和年際變化[7-8，10]，對于溫度、鹽度(S)的日變化特征尚缺少充分認識。本研究采用冬季航次大潮期間6艘船定點同步觀測(1次/h)的結果進行分析，高時空分辨率的同步觀測數據能夠更好地揭示該海區海水溫度、鹽度的日變化特征。

1 材料與方法

2018年1月在大亞灣及其灣口和惠東東部近海進行了6條船準同步的溫度、鹽度定點連續觀測，所采用的溫鹽深剖面儀為OS 304plus(溫度分辨率為0.000 1 ℃，精度為±0.002 ℃；電導率分辨率為0.000 3 mS/cm，精度為±0.003 mS/cm；壓力分辨率為0.001 5% FS，精度為±0.05% FS)、CTD 48M(溫度分辨率為0.000 6 ℃，精度為±0.005 ℃；電導率分辨率為0.001 mS/cm，精度為±0.01 mS/cm；壓力分辨率為0.002% FS，精度為±0.1% FS)、AML BaseX(溫度分辨率為0.001 ℃，精度為±0.003 ℃；電導率分辨率為0.001 mS/cm，精度為±0.003 mS/cm；壓力分辨率為0.02% FS，精度為±0.03% FS)，一般每小時進行1次的溫度、鹽度、深度剖面觀測。在航次之前，這些觀測儀器均經過比測、檢定，觀測數據也經過嚴格的質量控制，以確保數據的真實性和可靠性。

本研究著重分析2018年1月17日—19日大亞灣及其鄰近海域的溫度、鹽度分布及日變化特征。調查期間為大潮期，大亞灣的天氣無較大的變化，氣溫約在13～22 ℃之間。本次調查共設站點12個(圖1)，其中C01、C08～C12站的位置位于大亞灣灣口以外及惠東東部近海(簡稱灣外站點)，C02～C07站位于大亞灣灣內(簡稱灣內站點)。C01、C08、C09(灣外)和C02、C03、C04(灣內)的調查時間為1月17日10：00至1月18日11：00。C10、C11、C12(灣外)和C05、C06、C07(灣內)的調查時間為1月18日13：00至1月19日14：00。所有站點數據的時間跨度都約為25 h，均大于一個太陰日。另外，本次調查期間還在T01站(圖1)進行定點潮位觀測，所使用的壓力式儀器型號為Keller DCX-22，壓力精度為0.02% FS，分辨率為0.002 5% FS，量程為4.9×105Pa。我們選取1月17日—19日的潮位數據進行分析。

圖1 大亞灣及鄰近海域2018年冬季航次觀測站位示意圖

2 結果與討論

表1是各站點表層(距表1 m)、底層(距底1 m)海水溫度、鹽度平均值以及標準差，可以看出，表層的海水相對于底層是高溫低鹽的特性；此外，不管是溫度還是鹽度，表層的變化幅度都比底層大。C02站點表層海水溫度始終維持一個較高的狀態，應是受到核電站溫排水的影響。

表1 各站點表層、底層海水溫度、鹽度日平均值及標準差

2.1 底層溫度、鹽度日變化與潮汐的關系

圖2a、b與圖2c-f中黑色曲線分別是1月17日10：00至1月18日11：00、1月18日13：00至1月19日13：00站位潮位變化曲線。圖2表明：大亞灣在一個太陰日里出現兩個高潮和兩個低潮，且高、低潮的潮位差別較大；在12：00前后出現低高潮，在14：00—15：00前后出現高低潮，在20：00—22：00前后出現高高潮，在次日04：00—05：00前后出現低低潮，呈現明顯的不正規半日潮特性。

由于不同站點的水深不一致，不適合對所有站點的溫度、鹽度求平均，因此選取C02、C05、C06站以及C01、C10、C11站作為灣內、灣外水體的代表性站點，分析灣內、灣外海水的溫度、鹽度隨時間的變化。為了探究海水溫度、鹽度的日變化與潮汐的關系，我們用近底層(距底1 m)海水的溫度、鹽度與潮位變化進行對比(圖2)，從而盡量減少太陽輻射的直接影響。

由圖2a、c、e可以看出，就灣內站點而言，C02站溫度變化幅度很小，在0.1 ℃之內；而其他站的溫度變化幅度在0.2～0.5 ℃之間。除了C02站溫度隨時間的變化有較大差異以外，灣內其他站溫度隨時間的變化規律基本一致且與潮位變化有很好的對應關系：13：00—19：00為漲潮期，溫度上升；19：00—20：00潮位變低，海水溫度下降；20：00—23：00潮位升高，海水溫度上升；次日03：00—05：00為落潮期，海水溫度下降；05：00—11：00為漲潮期，海水溫度總體上升。灣內底層鹽度變化與潮位變化對應關系更好，并且灣內各站點鹽度隨時間的變化規律一致，其區別在于鹽度的變化幅度。C02站與其他站溫度變化規律不一致，而鹽度變化卻是一致的，可能是由于該站點受到了核電站溫排水的影響。由圖2b、d、f可知，灣外底層海水的溫度、鹽度與潮位變化對應關系沒有灣內好，尤其是C11站點。但是總的來看，無論灣內還是灣外，溫度與鹽度的變化趨勢基本一致。

2.2 灣內、外整層海水的溫度、鹽度日變化特征

為了進一步揭示全水深的溫度、鹽度變化，本研究選取C03和C01站點作為灣內和灣外的代表性站位，分別展示了其溫度、鹽度剖面隨時間的變化(圖3)。

圖2 大亞灣灣內、灣外底層溫度、鹽度與潮位的變化

圖3a、b是灣內C03站海水溫度、鹽度隨時間的變化。從圖3a可以看出，從12：00—18：00(白天)，灣內表層海水有一個明顯的高溫區，等溫線密集，梯度為0.2 ℃/m左右，溫度在15：00—16：00達到最大值。因此，從10：00—15：00是增溫過程，對應著太陽輻射的增強；從16：00—21：00是降溫過程，對應著太陽輻射的減弱。從21：00以后，由于沒有太陽輻射的影響，整層海水垂直混合比較均勻，溫度隨時間的變化也不大。此外，圖3a還表明太陽輻射對灣內海水溫度的影響主要局限于近表層的3～4 m范圍內。相對于溫度的強垂向層化結構，該站點鹽度的垂向分布十分均勻(圖3b)。圖3c是灣外C01站海水溫度隨時間的變化。與灣內相似，太陽輻射對灣外海水溫度的影響也主要局限于上層3～4 m。此處上層海水在12：00—16：00有一個明顯的增溫過程；在16：00—22：00則有一個明顯的降溫過程，升溫和降溫過程形成了0.2 ℃/m左右的溫度梯度。從00：00以后，整層海水垂直混合均勻，溫度幾乎不隨時間變化。當然，灣內、外的溫度、鹽度特征除了上述類似的變化特征之外，也呈現出一些不同之處。主要表現為灣內的溫度比灣外要高，而鹽度則相反；灣內、外的海水在夜間都呈現垂直均一的特征，但是灣內海水溫度在夜間隨時間的變化幅度比灣外大。灣外C01站的鹽度隨時間的變化很小，且近底層的鹽度明顯高于上層(圖3d)，意味著觀測期間南海的相對高鹽水可能入侵到了灣外陸架區的底層。C02站和灣內其他站點的溫度隨時間的變化不一致，主要區別在于，其他站點的層化現象消失在21：00之后，而C02站點層化現象沒有消失(圖3e)；由于夜間太陽輻射加熱的作用已經消失，出現這個現象的原因應與大亞灣核電站的溫排水過程有關。值得一提的是，Yu等(2010)通過分析研究衛星遙感數據和實測數據得出，大亞灣核電站建成后，導致當地的海水溫度變高，1985—2005年的海表溫度上升速度為0.07 ℃/a[10]。與C03站相似，此處鹽度的垂向分布也較為均勻(圖3f)。

2.3 溫度、鹽度平面分布的日變化特征

因為灣內、外的溫度、鹽度變化規律比較類似，為了更清晰地展示整個觀測海區的晝夜變化特征，我們利用所有站點的溫度、鹽度數據，分析了整個海區溫度、鹽度分布的三維結構(圖4)。

圖4 白天、夜間期間大亞灣的不同層次的溫度、鹽度水平分布

圖4顯示的是大亞灣白天與夜間的溫度、鹽度平面分布，其中白天溫度、鹽度采用12:00—18:00的平均值，夜間溫度、鹽度采用00:00—06:00的平均值。從圖4a、b可以看出，灣內的海表溫度在白天和夜間都比灣外的要高。除了東北部灣頂存在小范圍的低溫水體外，表層溫度由灣內向灣外逐漸降低：白天從18.0 ℃變化到16.6 ℃，變化幅度為1.4 ℃；夜間從17.4 ℃降到16.6 ℃，變化幅度為0.8 ℃。此外，在C02站附近始終存在一個高溫中心，這與核電站很近，水平方向的影響范圍大約為15 km，周圍海水之間形成了明顯的溫度梯度。5 m層的溫度水平分布特征與表層大體相近，均呈現“內高外低”的特征，但在該深度上夜間海水整體溫度比白天溫度要高，這和表層海水情況剛好相反。10 m層海水溫度無論在白天還是在夜間的差異都很小，水平的溫度梯度也弱得多，這意味著該深度上的海水受太陽輻射和核電站溫排水的影響都較小。從圖4c、d可看出，無論白天或夜間，灣內的海表鹽度都低于灣外，且表層鹽度由灣內向灣外逐漸升高，變化幅度為0.2左右。無論白天還是夜間，在C01、C10站都觀測到一個明顯的高鹽中心，C09站則存在低鹽中心，導致灣口鹽度從西到東呈現“高低高”的分布特征。C01站的高鹽和C09站的低鹽中心白天比夜間更明顯，而C10站高鹽中心則是夜間比白天更明顯。大亞灣東北部有白云河、竹園河等小河流注入[6]，導致灣頂區域形成沿岸低鹽水。由于上層鹽度的垂向層化很弱，5 m和10 m層的鹽度水平分布特征與表層相似。

2.4 溫度、鹽度日變化特征與潮汐的關系

為了更好的探究潮流與大亞灣海域溫度、鹽度的關系，我們分析了漲急、高潮、落急以及低潮4個潮時大亞灣溫度、鹽度的平面分布特征(圖5、6)。

圖5 2018年冬季不同潮時大亞灣不同層次的海水溫度水平分布

從圖5可以看出，漲急時灣內西部的表層海水溫度較高，在17.4～17.8 ℃之間；東部的海水溫度較低，在16.8～17.0 ℃之間。高潮時的海表溫度仍呈西高東低的分布特征，溫度鋒面呈現更加規則的南北走向。高溫中心仍位于核電站附近，溫度大約為18.0 ℃。落急時核電站附近高溫水體的溫度略微降低至17.6 ℃，并向NE向延伸，而灣口附近形成了NE—SW向的溫度鋒面，溫度由灣內向灣外遞減，等溫線分布比較均勻。低潮時核電站附近的高溫中心依舊朝NE向延伸，灣內外海水之間的溫度梯度變大。5 m和10 m層的溫度水平分布特征與表層有一定的相似性，但由于受太陽輻射和核電站溫排水的影響較小，溫度的水平梯度隨水深增加而逐漸減小。

從圖6可以看出，大亞灣4個潮時的表層鹽度分布大體一致，在C01和C10站附近存在高鹽中心，C08站附近存在低鹽中心。不同之處在于，C01站附近的鹽度值在高潮時最低，漲急時鹽度值最高；而C10站附近的高鹽中心鹽度值在落急時較高。此外，相對于其它時刻，低潮時灣內的鹽度等值線分布呈現更加明顯的NW—SE向分布。垂直方向上，5 m和10 m層的鹽度水平分布特征與表層相近。

圖6 2018年冬季不同潮時大亞灣不同層次的鹽度水平分布

2.5 溫度、鹽度斷面分布日變化特征及其與潮汐的關系

我們選取C05～C08站的斷面，分析該斷面在4個潮時的溫度、鹽度垂直結構(圖7、8)。圖7、8證實了大亞灣海水溫度“內高外低”、鹽度“內低外高”的分布特征，與對應的水平分布特征相吻合。落急時，在C06站附近出現一個相對高溫中心，且在低潮時，高溫水的深度相比落急時加深，達到了7 m左右的深度。從鹽度的斷面圖看，也能發現在C08站附近存在一個低鹽中心，這與對應的鹽度水平分布也相吻合。此外，圖7、8也表明近岸低鹽水的影響范圍隨潮汐的變化而變化，但是溫度隨著潮汐的變化卻沒有鹽度那么明顯，可能是因為溫度更容易受到太陽輻射以及核電站溫排水的影響。

圖7 C05～C08站溫度斷面分布特征

圖8 C05～C08站鹽度斷面分布特征

圖9是C04～C01站日平均溫度、鹽度斷面分布。由圖9可知，C02站附近存在一個高溫中心，這與核電站很近，水平方向的影響范圍大約為15 km，這與圖4a、b對應的水平分布特征相吻合，垂直方向的影響范圍大約為3 m。本研究觀測到的核電站溫排水影響范圍明顯大于吳傳慶等的報道結果[9]，這應該是由于核電站新機組(嶺澳核電3號與4號)的投入運行后溫排水增加的結果。

圖9 C04～C01站日平均溫度、鹽度斷面分布

3 結論

本研究根據大亞灣及其鄰近海域2018年1月冬季航次溫度、鹽度的觀測資料，系統刻畫了觀測期間灣內和灣口的溫度、鹽度分布及日變化特征，結果表明：

(1)大亞灣灣內的海水是高溫低鹽的特征，灣外的海水則是低溫高鹽的特征，海表海水相對于海底是高溫低鹽的特征；核電站的溫排水是造成灣內平均水溫偏高的重要原因之一。

(2)太陽輻射是影響大亞灣海水溫度的一個主要因素，作用的深度大約在表層3～4 m范圍內。此外，潮流也會影響大亞灣海水的時空分布特征。灣內海水的溫度、鹽度隨著潮汐的變化而周期性變化，二者呈現很好的對應關系，而灣外海水溫度、鹽度和潮流變化的對應關系則不明顯。

(3)觀測期間，大亞灣西部存在一個高溫水區，此處的平均鹽度也相對較高；大亞灣灣口東西兩側附近也存在明顯的高鹽中心，低鹽中心位于觀測海區北部的灣頂和南部灣口中間區域。

致謝：感謝參加調查航次的所有調查隊員、匿名審稿專家及編輯部提出寶貴修改意見，謹在此一并感謝。