李 治, 周 舟, 江文勝, 邊昌偉

臺(tái)風(fēng)“利奇馬”對(duì)東中國(guó)海表層懸浮物濃度變化的影響

李 治1, 2, 周 舟1, 2, 江文勝3, 4, 邊昌偉1, 5

(1. 中國(guó)海洋大學(xué) 物理海洋教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266100; 2. 中國(guó)海洋大學(xué) 海洋與大氣學(xué)院, 山東 青島 266100; 3. 中國(guó)海洋大學(xué) 海洋環(huán)境與生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266100; 4. 中國(guó)海洋大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院, 山東 青島 266100; 5. 華東師范大學(xué) 河口海岸學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 上海 200241)

臺(tái)風(fēng)過(guò)程可使海洋懸浮物濃度的分布在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生極大變化, 并影響海洋生態(tài)環(huán)境以及海洋資源的分布。受臺(tái)風(fēng)期間海洋觀測(cè)數(shù)據(jù)的限制, 臺(tái)風(fēng)過(guò)程對(duì)海洋懸浮物濃度的影響尚不明確。本文利用GOCI(Geostationary Ocean Color Imager, GOCI)衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù), 以2019年8月臺(tái)風(fēng)“利奇馬”為例, 對(duì)其過(guò)境前后東中國(guó)海表層懸浮物濃度的時(shí)空變化進(jìn)行了定量研究。結(jié)果表明, 臺(tái)風(fēng)“利奇馬”對(duì)閩浙沿岸的影響程度最大, 使懸浮物質(zhì)量濃度中高值(≥5 mg/L)覆蓋面積和濃度平均值分別增大92%和62%, 影響持續(xù)時(shí)間為4 d; 對(duì)長(zhǎng)江口附近海域的影響程度次之, 使懸浮物濃度中高值覆蓋面積和濃度平均值分別增大19%和17%, 影響持續(xù)時(shí)間為3 d; 對(duì)蘇北淺灘的影響程度最小, 懸浮物質(zhì)量濃度中高值覆蓋面積變化不大, 但濃度平均值增大了30%, 影響持續(xù)時(shí)間為4 d。研究結(jié)果表明衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)可以量化臺(tái)風(fēng)過(guò)程對(duì)東中國(guó)海表層懸浮物濃度的影響, 彌補(bǔ)極端天氣條件下無(wú)法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)的不足。

臺(tái)風(fēng)“利奇馬”; 衛(wèi)星遙感; 表層懸浮物濃度; 東中國(guó)海

東中國(guó)海(包括渤海、黃海和東海)位于西北太平洋, 是世界上最廣闊的陸架海之一。由于黃河和長(zhǎng)江等大河每年輸運(yùn)大量泥沙到東中國(guó)海, 該海區(qū)是世界上懸浮物濃度最高的海區(qū)之一。懸浮物濃度(suspended sedi-ment concentration, 以下簡(jiǎn)稱SSC)的分布與變化對(duì)于東中國(guó)海的生態(tài)環(huán)境、海洋工程和地形地貌演化等有重要的影響[1-3]。因此, 自20世紀(jì)80年代, 中外學(xué)者開(kāi)始深入研究東中國(guó)海懸浮物濃度, 掌握了東中國(guó)海懸浮物濃度在潮流、環(huán)流、河流陸源物質(zhì)輸入、季風(fēng)等因素影響下的基本空間分布及不同時(shí)間尺度下的統(tǒng)計(jì)變化規(guī)律[4-7]。然而海洋懸浮物濃度在一些極端天氣情況(如臺(tái)風(fēng))影響下的變化規(guī)律還不清楚, 有待進(jìn)一步研究。

作為極端天氣的代表, 臺(tái)風(fēng)可在短時(shí)間內(nèi)向海洋輸入大量能量, 顯著改變海洋動(dòng)力結(jié)構(gòu), 加強(qiáng)海底沉積物的再懸浮[8-9], 加劇對(duì)海岸灘涂的侵蝕[10]。同時(shí), 臺(tái)風(fēng)也可能導(dǎo)致陸地上洪水的暴發(fā), 使大量的陸地沉積物侵入海洋[11], 這些過(guò)程都會(huì)使海洋懸浮物濃度在一次臺(tái)風(fēng)過(guò)程之中發(fā)生顯著的變化, 相關(guān)研究也多次證實(shí)臺(tái)風(fēng)在改變懸浮物濃度分布上的巨大作用, 江文勝等[12]在臺(tái)風(fēng)“派比安”過(guò)境渤海之后的大面現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)中發(fā)現(xiàn), 萊州灣內(nèi)懸浮物濃度可升高至原來(lái)的幾倍至幾十倍; Wang等[13]在臺(tái)風(fēng)“格美”對(duì)福建泉州灣鹽沼與光灘影響的研究中, 發(fā)現(xiàn)臺(tái)風(fēng)可使懸浮物濃度達(dá)到正常天氣條件下的13～19倍; Lu等[14]分析在長(zhǎng)江口附近海域?qū)ε_(tái)風(fēng)“燦鴻”的連續(xù)座底觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示, 底部懸浮物濃度增大至臺(tái)風(fēng)來(lái)臨之前的10至50倍。

臺(tái)風(fēng)過(guò)程中海況惡劣, 海上現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)難以開(kāi)展。目前針對(duì)臺(tái)風(fēng)對(duì)海洋懸浮物濃度影響的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè), 主要是利用座底觀測(cè)系統(tǒng)[14]。這種觀測(cè)方法可以獲得觀測(cè)位置臺(tái)風(fēng)過(guò)境前后懸浮物濃度的準(zhǔn)確變化, 但是觀測(cè)成本高、風(fēng)險(xiǎn)大, 難以在臺(tái)風(fēng)過(guò)境海區(qū)開(kāi)展同步觀測(cè)。一些學(xué)者利用數(shù)值模型模擬臺(tái)風(fēng)過(guò)程對(duì)懸浮物濃度的影響[15-16], 但臺(tái)風(fēng)過(guò)程中海水動(dòng)力過(guò)程較為復(fù)雜, 小尺度的動(dòng)力過(guò)程和泥沙動(dòng)力過(guò)程的計(jì)算只能依靠參數(shù)化, 其計(jì)算結(jié)果不能準(zhǔn)確反映實(shí)際海洋中懸浮物的時(shí)空分布。衛(wèi)星遙感反演懸浮物濃度數(shù)據(jù)具有長(zhǎng)期、連續(xù)以及高時(shí)空分辨率的優(yōu)點(diǎn), 目前被廣泛應(yīng)用于東中國(guó)海懸浮物濃度以及臺(tái)風(fēng)對(duì)海洋懸浮物濃度影響的研究[17-18]。

東中國(guó)海夏季常受到臺(tái)風(fēng)過(guò)程的影響, 僅2011— 2019年夏季(6月—8月)就有36場(chǎng)臺(tái)風(fēng)過(guò)境東中國(guó)海。然而, 臺(tái)風(fēng)過(guò)境時(shí)東中國(guó)海上空云層較厚, 衛(wèi)星傳感器獲得數(shù)據(jù)不足, 無(wú)法反演東中國(guó)海懸浮物濃度變化。經(jīng)研究, 1909號(hào)臺(tái)風(fēng)“利奇馬”過(guò)境前后東中國(guó)海上空云量少、云層薄, 獲得的有效懸浮物濃度數(shù)據(jù)多。因此本文以臺(tái)風(fēng)“利奇馬”為例, 研究臺(tái)風(fēng)過(guò)程對(duì)東中國(guó)海懸浮物濃度的影響。

1909號(hào)臺(tái)風(fēng)“利奇馬”是2019年對(duì)中國(guó)沿海地區(qū)及東中國(guó)海影響最大的一次臺(tái)風(fēng)過(guò)程[19], 于8月8日22時(shí)前后進(jìn)入東海發(fā)展成為超強(qiáng)臺(tái)風(fēng), 中心最大風(fēng)速達(dá)到62 m/s; 之后于8月10日1時(shí)45分前后在浙江省臺(tái)州市登陸, 快速衰減為強(qiáng)熱帶風(fēng)暴, 并繼續(xù)北上; 于8月10日20時(shí)減弱為熱帶風(fēng)暴, 中心最大風(fēng)速為23 m/s; 于8月11日20時(shí)50分前后在山東省青島市登陸, 最終于8月13日在萊州灣內(nèi)減弱為熱帶低壓并消亡(圖1)。

為了闡明臺(tái)風(fēng)“利奇馬”對(duì)東中國(guó)海表層懸浮物濃度變化的影響, 提供臺(tái)風(fēng)過(guò)境前后范圍更大、信息更多的懸浮物濃度變化, 本文利用2019年8月GOCI衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù), 分析研究了“利奇馬”對(duì)東中國(guó)海表層懸浮物濃度的影響程度和影響持續(xù)時(shí)間。

1 數(shù)據(jù)與方法

本文使用的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)來(lái)自韓國(guó)海洋衛(wèi)星中心于2009年發(fā)射的地球同步靜止軌道海洋水色成像儀(Geostationary Ocean Color Imager, GOCI), 數(shù)據(jù)可以從NASA海洋水色網(wǎng)站(https://oceancolor.gsfc. nasa.gov/)下載。GOCI在東北亞附近海域以8個(gè)光譜帶(6個(gè)可見(jiàn)光, 2個(gè)近紅外)進(jìn)行觀測(cè), 可以提供每天9: 00—16: 00每小時(shí)一次、空間分辨率為500 m的遙感數(shù)據(jù)。如圖2所示, 左圖為“利奇馬”尚未進(jìn)入東中國(guó)海時(shí)的COGI衛(wèi)星真彩圖, 中國(guó)近岸的渾濁水體(紅線之外的黃綠色區(qū)域)明顯可見(jiàn)。中圖和右圖分別為“利奇馬”過(guò)境東海和黃海之后的衛(wèi)星真彩圖, 與左圖相比, 中圖中閩浙沿岸, 長(zhǎng)江口附近海域渾濁水體顏色明顯加深, 渾濁水體面積明顯增大; 右圖中蘇北淺灘附近海域也有相同的結(jié)果, 同時(shí)閩浙沿岸和長(zhǎng)江口附近海域渾濁水體范圍不變, 但顏色已經(jīng)變淺。因此, GOCI的衛(wèi)星真彩圖表明臺(tái)風(fēng)“利奇馬”過(guò)境之后東中國(guó)海近岸水體懸浮物濃度明顯變大, 且高濃度水體覆蓋的面積也明顯變大。

圖1 東中國(guó)海水深及泥質(zhì)區(qū)分布示意圖[20]

注: 黃色區(qū)域表示粉砂沉積物, 深黃色表示泥質(zhì)沉積物; 彩色點(diǎn)線表示1909號(hào)臺(tái)風(fēng)“利奇馬”8月8日17時(shí)之后的中心路徑及中心最大風(fēng)速

為了定量評(píng)估“利奇馬”過(guò)境前后對(duì)東中國(guó)海表層懸浮物濃度的影響, 本文將GOCI提供的遙感數(shù)據(jù)通過(guò)如下步驟反演得到懸浮物濃度(表1)。首先, 利用NASA開(kāi)發(fā)的SeaDAS(SeaWiFs data analysis system, version 7.4)軟件對(duì)該衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行海面反射校正、大氣校正、臭氧吸收等數(shù)據(jù)控制, 得到初始遙感反射率數(shù)據(jù), 其中異常高值采用Shi等[21]的方法剔除。然后根據(jù)胡靜雯等[22]提出的算法, 先將遙感反射率反演得到后向散射系數(shù), 進(jìn)而將后向散射系數(shù)轉(zhuǎn)化為水體濁度[23], 該算法使用東中國(guó)海10 000多個(gè)原位測(cè)量值進(jìn)行擬合, 相關(guān)系數(shù)平方2= 0.985, 適用于渤海、黃海和東海懸浮物濃度研究。最后使用翟世奎等[24]建立的經(jīng)驗(yàn)公式將濁度轉(zhuǎn)換為懸浮物濃度。

圖2 GOCI獲得的東中國(guó)海衛(wèi)星真彩圖

注: 紅線表示水陸分界線, 白色區(qū)域代表云層覆蓋區(qū)域

表1 GOCI遙感反射率反演得到懸浮物濃度的算法及公式

基于上述衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)反演方法, 我們將衛(wèi)星反演的每天8 h的懸浮物質(zhì)量濃度進(jìn)行了平均。圖3展示了平均后的2019年8月1日至8月20日東中國(guó)海表層懸浮物濃度分布。在臺(tái)風(fēng)“利奇馬”進(jìn)入東中國(guó)海之前, 整個(gè)東中國(guó)海懸浮物質(zhì)量濃度高值區(qū)(≥30 mg/L)主要分布在蘇北淺灘及長(zhǎng)江口附近。8月8日“利奇馬”進(jìn)入東中國(guó)海后, 受臺(tái)風(fēng)云系遮蓋的影響, 8月8日至8月11日臺(tái)風(fēng)途經(jīng)海區(qū)的有效衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)缺失。8月11日之后, 可以看出臺(tái)風(fēng)過(guò)后東中國(guó)海近岸表層懸浮物濃度顯著升高。閩浙沿岸懸浮物濃度在11日達(dá)到最大值后開(kāi)始逐步下降, 而蘇北淺灘區(qū)域懸浮物濃度則從12日開(kāi)始逐漸增大, 到13日達(dá)到最大值后維持高濃度到15日, 隨后開(kāi)始下降。

2 結(jié)果與討論

為定量地研究“利奇馬”過(guò)境前后對(duì)東中國(guó)海表層懸浮物濃度的影響, 本文將“利奇馬”進(jìn)入東中國(guó)海前7 d的表層懸浮物濃度進(jìn)行了平均(圖4), 代表東中國(guó)海表層懸浮物質(zhì)量濃度未受到臺(tái)風(fēng)影響時(shí)的平均狀態(tài), 后文在量化“利奇馬”對(duì)懸浮物濃度影響時(shí)均以此為參考?？紤]到臺(tái)風(fēng)影響區(qū)域主要為近岸海域, 因此本文按照?qǐng)D4中劃分的3個(gè)區(qū)域(閩浙沿岸、長(zhǎng)江口附近海域、蘇北淺灘)來(lái)重點(diǎn)分析懸浮物濃度的變化。同時(shí)為了方便量化懸浮物濃度分布的特征, 本文選取了2個(gè)特征質(zhì)量濃度(5 mg/L和30 mg/L)將東中國(guó)海表層懸浮物質(zhì)量濃度的分布分成了3個(gè)區(qū)域, 即高值區(qū)(≥30 mg/L)、中值區(qū)(≥5 mg/L且< 30 mg/L)及低值區(qū)(小于5 mg/L)。圖4表明,“利奇馬”進(jìn)入東中國(guó)海之前, 東中國(guó)海的表層懸浮物濃度高值區(qū)主要在蘇北淺灘和長(zhǎng)江口鄰近海域, 中值區(qū)主要在東中國(guó)海的近岸海區(qū), 大部分海區(qū)為懸浮物濃度低值區(qū)。

圖3 GOCI反演的2019年8月1日至8月20日東中國(guó)海表層懸浮物濃度

注: 空白表示受云遮蓋影響無(wú)有效懸浮物濃度結(jié)果; 8月8日至8月13日?qǐng)D中標(biāo)記有“利奇馬”中心路徑及中心最大風(fēng)速

2.1 臺(tái)風(fēng)“利奇馬”對(duì)東中國(guó)海表層懸浮物濃度影響

圖5為臺(tái)風(fēng)“利奇馬”進(jìn)入東中國(guó)海后表層懸浮物濃度的變化。從8月8日臺(tái)風(fēng)由臺(tái)灣島東側(cè)入境開(kāi)始, 閩浙沿岸最先受“利奇馬”影響, 其表層懸浮物濃度相對(duì)于前7 d的平均值開(kāi)始升高(圖5中正值), 該過(guò)程一直持續(xù)到8月13日, 在觀測(cè)數(shù)據(jù)有效期間, 該區(qū)域表層懸浮物質(zhì)量濃度較“利奇馬”入境前最大增高了約30～60 mg/L(8月11日)。隨著“利奇馬”北上, 長(zhǎng)江口附近海域也開(kāi)始受到影響, 在8月11日該區(qū)域懸浮物濃度升高之后又于12日開(kāi)始下降(圖5中負(fù)值), 該下降趨勢(shì)一直持續(xù)到8月14日, 相對(duì)于“利奇馬”入境前, 該區(qū)域內(nèi)懸浮物質(zhì)量濃度最多下降了15～20 mg/L。由于臺(tái)風(fēng)云層的影響, 蘇北淺灘可觀測(cè)到的影響首先出現(xiàn)在8月12日, 懸浮物濃度升高趨勢(shì)從12日一直持續(xù)到“利奇馬”消失后一周。期間, 該區(qū)域懸浮物質(zhì)量濃度較“利奇馬”入境前最高升高了50～60 mg/L。

圖4 2019年8月1日至8月7日東中國(guó)海表層平均懸浮物質(zhì)量濃度

注: 紅色、綠色、藍(lán)色分別為表層懸浮物濃度高值、中值和低值區(qū), 3個(gè)黑框由南至北分別代表閩浙沿岸、長(zhǎng)江口附近海域和蘇北淺灘

為詳細(xì)探討“利奇馬”對(duì)東中國(guó)海近岸不同區(qū)域的影響程度和持續(xù)時(shí)間, 本文按照?qǐng)D4中劃分的3個(gè)區(qū)域(閩浙沿岸、長(zhǎng)江口附近海域以及蘇北淺灘), 分別計(jì)算了3個(gè)區(qū)域內(nèi)高值、中值及中高值表層懸浮物濃度在8月1日至8月20日的覆蓋面積, 以及對(duì)應(yīng)于高值、中值及中高值覆蓋區(qū)域內(nèi)表層懸浮物濃度的空間平均值(圖6)。由于臺(tái)風(fēng)過(guò)境期間云層對(duì)衛(wèi)星遙感信號(hào)的阻擋, 在3個(gè)區(qū)域內(nèi)各有2～3 d受到云的強(qiáng)烈干擾, 因此本文未將觀測(cè)期間3個(gè)海區(qū)內(nèi)有效數(shù)據(jù)較少(有效數(shù)比例低于50%)的天數(shù)納入統(tǒng)計(jì)。

圖5 GOCI反演的東中國(guó)海2019年8月8日至8月20日表層懸浮物濃度與8月1日至8月7日平均表層懸浮物濃度(圖4)之差

注: 空白表示受云遮蓋影響無(wú)有效懸浮物濃度結(jié)果; 8月8日至8月13日?qǐng)D中標(biāo)記有“利奇馬”臺(tái)風(fēng)中心路徑及中心最大風(fēng)速

圖6 2019年8月1日至8月20日表層高值(≥30 mg/L)、中值(≥5 mg/L且< 30 mg/L)、中高值懸浮物濃度(≥5 mg/L)覆蓋面積(a, c, e), 懸浮物濃度高值(橙線)、中值(綠線)以及中高值(黃線)覆蓋區(qū)域的平均懸浮物濃度(b, d, f)

“利奇馬”進(jìn)入東中國(guó)海之前, 閩浙沿岸高值、中值以及中高值濃度覆蓋面積分別為2.0×103km2、1.0× 104km2、1.2×104km2, 平均質(zhì)量濃度為39.59 mg/L、14.96 mg/L、19.25 mg/L。8日“利奇馬”入境后, 高值懸浮物濃度覆蓋面積明顯增加, 并在8月11日達(dá)到最大, 約1.2×104km2, 是“利奇馬”來(lái)臨前覆蓋面積的6倍, 平均質(zhì)量濃度變化不大。8月12日后, 高值區(qū)覆蓋面積急劇下降至1.0×104km2, 約為臺(tái)風(fēng)來(lái)臨前的50%, 直至8月18日才逐漸恢復(fù)至“利奇馬”來(lái)臨前的面積大小。中值懸浮物濃度覆蓋面積在8月12日達(dá)到最大(約2.2×104km2), 相比“利奇馬”來(lái)臨前增大了120%, 平均質(zhì)量濃度也基本與臺(tái)風(fēng)來(lái)臨前保持一致。中高值覆蓋面積在8月11日和12日變化不大(約2.3×104km2), 相比前7日的平均面積增大92%, 平均質(zhì)量濃度增高了62%; 8月12日之后平均質(zhì)量濃度開(kāi)始呈現(xiàn)下降趨勢(shì), 并于8月14日降至最低(12.42 mg/L), 相對(duì)于平均狀態(tài)下, 下降35%, 隨后至8月19日升高到“利奇馬”來(lái)臨前的水平(圖6a、b)。

長(zhǎng)江口附近海域在“利奇馬”入境東中國(guó)海前, 高值、中值及中高值懸浮物濃度覆蓋面積分別為1.0× 104km2、1.0×104km2、2.1×104km2, 對(duì)應(yīng)平均質(zhì)量濃度為46.90 mg/L、16.60 mg/L、31.63 mg/L?！袄骜R”引起的顯著的懸浮物濃度變化發(fā)生在8月11日前后, 高值區(qū)、中值區(qū)以及中高值區(qū)覆蓋面積相對(duì)于平均狀態(tài), 分別增大了50%、90%、19%; 對(duì)應(yīng)區(qū)域內(nèi)的懸浮物濃度則呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì), 在8月11日達(dá)到最大值(45.35 mg/L、20.69 mg/L、37.05 mg/L)后, 于12日減小到來(lái)臨前平均質(zhì)量濃度的82%、93%、65%, 在中高值區(qū)覆蓋面積變化不大的情況下, 高值區(qū)覆蓋面積也減小到平均面積的50%(圖6c、d)。Li等[16]通過(guò)數(shù)值模型模擬長(zhǎng)江口及杭州灣內(nèi)懸浮物濃度受臺(tái)風(fēng)影響時(shí), 也發(fā)現(xiàn)杭州灣內(nèi)懸浮物濃度在臺(tái)風(fēng)過(guò)境后呈現(xiàn)下降的趨勢(shì), 目前尚無(wú)法對(duì)此給出合理解釋。

蘇北淺灘在“利奇馬”來(lái)臨前高值、中值和中高值濃度覆蓋面積分別為1.2×104km2、2.2×104km2、3.4× 104km2, 對(duì)應(yīng)區(qū)域平均質(zhì)量濃度分別為49.78 mg/L、14.71 mg/L、27.64 mg/L。該區(qū)域受“利奇馬”影響最大的時(shí)間發(fā)生在8月13日, 高值區(qū)覆蓋面積為2.1× 104km2, 相比“利奇馬”來(lái)臨前增大75%, 平均質(zhì)量濃度為51.11 mg/L, 升高3%; 中值區(qū)覆蓋面積為1.7× 104km2, 減小29%, 平均質(zhì)量濃度為17.38 mg/L, 升高18%; 中高值區(qū)覆蓋面積幾乎無(wú)變化, 但平均質(zhì)量濃度為35.87 mg/L, 約增大了30%(圖6e、f)。

為了量化“利奇馬”對(duì)各個(gè)區(qū)域懸浮物濃度持續(xù)影響的時(shí)間, 本文以“利奇馬”入境東中國(guó)海前7 d各區(qū)域中高值懸浮物質(zhì)量濃度的方差為參考, 當(dāng)臺(tái)風(fēng)在中高值區(qū)引起的懸浮物濃度變化大于該值時(shí)即認(rèn)為該區(qū)域受到了臺(tái)風(fēng)的顯著影響?；诖? 閩浙沿岸懸浮物濃度從8月8日開(kāi)始受到影響, 該影響一直持續(xù)到8月11日, 歷時(shí)4 d。長(zhǎng)江口附近海域則從8月9日開(kāi)始受到影響, 到8月11日影響消失時(shí)總共持續(xù)了3 d。而蘇北淺灘則是從8月10日開(kāi)始受到“利奇馬”的顯著影響, 該影響一直到8月13日, 歷時(shí)4 d。綜合以上結(jié)果, “利奇馬”對(duì)東中國(guó)海近岸不同區(qū)域的影響程度各不相同, 其影響持續(xù)時(shí)間也不一樣。

2.2 不確定性分析

臺(tái)風(fēng)“利奇馬”過(guò)境東中國(guó)海的時(shí)間恰好是東中國(guó)海潮波系統(tǒng)由小潮向大潮轉(zhuǎn)換的時(shí)期。本文在量化“利奇馬”過(guò)境對(duì)東中國(guó)海懸浮物濃度的影響時(shí), 沒(méi)有考慮懸浮物濃度隨大小潮周期的變化, 將大小潮引起的懸浮物濃度變化也并入了臺(tái)風(fēng)影響中, 在一定程度上高估了臺(tái)風(fēng)過(guò)程對(duì)懸浮物濃度的影響。

除此之外, 由于云層遮蓋, 研究海區(qū)內(nèi)表層懸浮物濃度存在數(shù)據(jù)缺失的情況, 尤其是臺(tái)風(fēng)過(guò)程中的數(shù)據(jù)均缺失, 這在一定程度上限制了本文對(duì)“利奇馬”過(guò)境東中國(guó)海時(shí)影響懸浮物濃度分布的全面理解。根據(jù)前人單點(diǎn)觀測(cè)結(jié)果[14], 臺(tái)風(fēng)半徑內(nèi)的海區(qū)動(dòng)力因素變化最強(qiáng)烈, 彼時(shí)也對(duì)應(yīng)懸浮物濃度變化最大時(shí)刻。因此目前得到的結(jié)果會(huì)低估“利奇馬”對(duì)東中國(guó)海懸浮物濃度影響。綜合以上兩點(diǎn), 本文對(duì)“利奇馬”過(guò)境東中國(guó)海時(shí)表層懸浮物濃度變化的估計(jì)存在一定的誤差。

3 結(jié)論

利用GOCI提供的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù), 本文以2019年8月過(guò)境東中國(guó)海的強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“利奇馬”為例, 探討了臺(tái)風(fēng)過(guò)程對(duì)東中國(guó)海表層懸浮物濃度變化的影響。結(jié)果表明, 臺(tái)風(fēng)“利奇馬”對(duì)閩浙沿岸、長(zhǎng)江口附近海域和蘇北淺灘表層懸浮物濃度的影響程度不同。對(duì)閩浙沿岸的影響程度最大, 使中高值懸浮物濃度覆蓋面積和中高值區(qū)域懸浮物質(zhì)量濃度平均值分別增大92%和62%, 持續(xù)影響時(shí)間為4 d; 對(duì)長(zhǎng)江口附近海域的影響程度次之, 使中高值懸浮物濃度覆蓋面積和中高值區(qū)域懸浮物濃度平均值分別增大19%和17%,影響持續(xù)時(shí)間為3 d; 對(duì)蘇北淺灘的影響程度最小, 中高值懸浮物質(zhì)量濃度覆蓋面積相比“利奇馬”來(lái)臨前變化不大, 但中高值區(qū)域懸浮物濃度平均值增大了30%, 影響天數(shù)為4 d。

由于不能完全剔除大小潮等其他動(dòng)力因素對(duì)懸浮物濃度的影響, 以及云層對(duì)衛(wèi)星遙感信號(hào)的阻擋, 特別是在臺(tái)風(fēng)過(guò)境期間, 衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)缺失嚴(yán)重, 本文目前得到的“利奇馬”對(duì)東中國(guó)海懸浮物濃度的影響可能存在一定誤差; 此外, 衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)只能反演表層懸浮物濃度, 因此臺(tái)風(fēng)過(guò)程對(duì)海水下層懸浮物濃度的影響以及臺(tái)風(fēng)過(guò)程調(diào)控懸浮物濃度的動(dòng)力機(jī)制尚不清楚, 將來(lái)需要通過(guò)數(shù)值模擬或者更多現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)此進(jìn)行更深入的研究。

致謝: 感謝中國(guó)海洋大學(xué)楊作升教授的指導(dǎo), 感謝NASA提供的GOCI衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)以及KOSC提供的GOCI衛(wèi)星真彩圖。

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Effect of Typhoon Lekima on variations of surface-suspended sediment concentration in the East China Seas

LI Zhi1, 2, ZHOU Zhou1, 2, JIANG Wen-sheng3, 4, BIAN Chang-wei1, 5

(1. Key Laboratory of Physical Oceanography, Ocean University of China, Qingdao 266100, China; 2. College of Oceanic and Atmospheric sciences, Ocean University of China, Qingdao 266100, China; 3. Key Laboratory of Marine Environment and Ecology, Ocean University of China, Qingdao 266100, China; 4. College of Environmental Science and Engineering, Ocean University of China, Qingdao 266100, China; 5. State Key Laboratory of Estuarine and Coastal Research, East China Normal University, Shanghai 200241, China)

Typhoons dramatically change the marine suspended sediment concentrations (SSCs) in a short period of time and affect the marine ecosystem and resources. The influence of typhoons on the variation of SSCs is still unclear because of the limitations of ocean field observations during typhoons. In this work, we studied the influence of “Typhoon Lekima” on the temporal and spatial variations of the surface SSC in the East China Seas based on the Geostationary Ocean Color Imager satellite remote sensing data. The results show that Typhoon Lekima had the greatest impact on the coastal areas of Fujian and Zhejiang with enlarged coverage area of medium–high SSC (≥5 mg/L) by 92% and increased medium–high SSC magnitude by 62%. The impact lasted for four days. The typhoon’s impact on the Yangtze River Estuary was ranked second with enlarged coverage area of medium–high SSC by 19% and increased medium–high SSC magnitude by 17%. The impact lasted for three days. The typhoon’s impact on the northern Jiangsu shoals was the smallest, and the coverage area of the medium–high SSC did not change much, but the SSC magnitude increased by 30%, and the impact lasted for four days. The results show that satellite remote sensing data can quantify the impact of the typhoon process on the surface SSC in the East China Seas and make up for the lack of field observation under extreme weather conditions.

Typhoon Lekima; satellite remote sensing; surface suspended sediment concentration; East China Seas

Jun. 30, 2020

P731

A

1000-3096(2021)11-0001-09

10.11759/hykx20200630001

2020-06-30;

2020-08-01

華東師范大學(xué)河口海岸學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金項(xiàng)目(SKLEC-KF201802); 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41720104001; 42022052; 41606015)

[Open Foundation of State Key Laboratory of Estuarine Coastal Science, East China Normal University, No. SKLEC-KF201802; Natural Science Foundation of China, No. 41720104001, No. 42022052, No. 41606015]

李治(1994—), 男, 山東青島人, 碩士研究生, 研究方向: 淺海動(dòng)力學(xué), E-mail: lizhi6641@stu.ouc.edu.cn; 邊昌偉(1982—),通信作者, 副教授, 主要從事海洋沉積動(dòng)力學(xué)和底邊界層動(dòng)力過(guò)程研究, E-mail: bianchangwei@ouc.edu.cn

(本文編輯: 叢培秀)