黃潤琪，謝玲玲，李敏*，王麗菊

( 1. 廣東海洋大學(xué) 海洋與氣象學(xué)院 近海海洋變化與災(zāi)害預(yù)警實(shí)驗(yàn)室，廣東 湛江 524088；2. 廣東海洋大學(xué) 廣東省高等學(xué)校陸架及深遠(yuǎn)海氣候、資源與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 湛江 524088)

1 引言

溫度、鹽度、密度是水體重要的基本物理要素[1]，密度場的分布在很大程度上取決于溫度場和鹽度場，而流場又與密度場密切相關(guān)，故研究溫度和鹽度能為其他物理量的研究奠定基礎(chǔ)。再者，溫鹽是水團(tuán)劃分的主要示蹤指標(biāo)，并與水體的其他物理性質(zhì)有著很密切的關(guān)系，因而溫鹽的分析常是其他物理量預(yù)報的基本前提。溫度和鹽度對生物多樣性參數(shù)也有著顯著的影響[2]，即溫鹽的分布與浮游動植物等的分布關(guān)系密切，故對于在養(yǎng)殖事業(yè)上有較大發(fā)展前景的港灣，溫鹽的調(diào)查研究已成為一個重要環(huán)節(jié)。

前人對不同海灣的溫鹽特性做了大量的研究。李樹華[3]利用現(xiàn)場觀測資料得出欽州灣溫鹽的分布和變化主要受制于江河徑流、降雨、潮流、海流、季風(fēng)和日照輻射等。水平分布上，由河口區(qū)到灣口區(qū)溫度遞減而鹽度遞增。垂向分布上，夏季水溫分層現(xiàn)象不明顯，而鹽度由于徑流和降雨的影響在灣內(nèi)有較明顯的分層現(xiàn)象；冬季上下層的水溫和鹽度幾乎趨于均勻。就季節(jié)變化而言，夏季水溫最高鹽度最低，而冬季水溫最低鹽度最高。林宏陽等[4]分析了2012年8月和2013年1月在三沙灣獲得的溫度、鹽度資料，結(jié)果表明，由于太陽輻射、陸地徑流、潮流、季風(fēng)的影響，三沙灣夏季與冬季灣口均為低溫高鹽水、灣頂則為高溫低鹽水，灣頂與灣口的溫鹽差異在冬季比夏季小，冬季海水混合較均勻。傅子瑯和胡建宇[5]根據(jù)1987年在羅源灣兩個航次的水溫實(shí)測資料得出，羅源灣冬季水溫較低且整個海區(qū)水溫趨于均勻，而夏季水溫較高且水平溫差較大，水溫由灣內(nèi)向?yàn)晨谶f減。對于九龍江灣的鹽度分布，前人做了較多的工作，研究表明，河口區(qū)高潮時表層鹽度呈南高北低的分布狀態(tài)，低潮時則相反；灣口區(qū)主要受外海水影響，漲潮時表層鹽度分布比較均勻，退潮時九龍江沖淡水順流而下，表層鹽度分布呈舌狀向外海伸展[6-8]。Pritchard[9]通過1950年在切薩皮克灣進(jìn)行的兩次觀測所獲得的鹽度數(shù)據(jù)得出，切薩皮克灣的鹽度隨深度增加而增加，鹽度?深度曲線呈反正切函數(shù)分布；從灣口向?yàn)硟?nèi)看，右側(cè)的鹽度比左側(cè)高。Najarian等[10]采用兩種模式的研究結(jié)果表明，運(yùn)河對特拉華河口的水動力條件幾乎沒有明顯的影響，但對鹽度的影響顯著。而對于特拉華河口鹽度的分布，Cohen和McCarthy[11]認(rèn)為是由河流的淡水流量和入?？诘暮１砻娓叨茸兓刂频模}度差異主要是沿通道的，通道兩側(cè)的鹽度變化不大。鹽度隨潮流變化，在退潮時降低，在漲潮時增加。颶風(fēng)也會通過影響海表面高度、風(fēng)向和風(fēng)速以及降水徑流從而影響鹽度。Posmentier和Racklin[12]根據(jù)1973年監(jiān)測數(shù)據(jù)得出哈德遜河口鹽度垂向變化較大且存在明顯層化結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)是由垂直擴(kuò)散引起的。Uncles等[13]根據(jù)1996年9月至1997年8月的調(diào)查觀測得出特威德河口表層鹽度的水平分布主要由淡水徑流控制，徑流強(qiáng)時表層鹽度較低，徑流弱時則相反。但無論徑流強(qiáng)弱，鹽度層化現(xiàn)象都較為明顯。河流徑流溫度為2～18℃，沿海水域?yàn)?～15℃。

湛江灣位于廣東省的西南部，雷州半島的東北部，灣內(nèi)有南三島、特呈島、東頭山島和東海島等島嶼，與外海相隔，形成一個天然的屏障，灣內(nèi)水域面積達(dá)160 km2，但由于西部東海大堤建成后隔斷了灣內(nèi)水體通過該西部通道與外海的交換，且南三河口窄水淺，與外海交流不足，即湛江灣主要通過位于南三島和東海島之間、寬約2 km的灣口與南海相通[14]，水動力主要以潮汐作用為主。

湛江灣屬半封閉沉溺型港灣，是華南沿海的優(yōu)良港灣，廣東省第二大港，同時是華南最大的潮汐汊道[15]。前人對湛江灣圍填海、泥沙沖淤和潮汐潮流等問題進(jìn)行了大量的研究[16-25]。張喬民等[16]研究了湛江灣內(nèi)圍墾工程對灣內(nèi)局部海域的潮汐動力特征的改變，并指出至1975年，堵海圍墾工程使湛江灣納潮水域面積減小約1/3，相應(yīng)納潮量減少約1/4。夏華永等[19]對湛江灣的海岸工程進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，分析表明，填海工程實(shí)施后由于納潮面積的減小，潮流漲急及落急時，整個灣內(nèi)的流速都會減小。張志飛等[20]采用二維水質(zhì)數(shù)學(xué)模型，對湛江灣圍填海工程實(shí)施后的潮流動力變化進(jìn)行模擬，對比了灣內(nèi)流態(tài)分布和特征點(diǎn)流速變化，計算了海灣納潮量的變化，分析了圍填海對于灣內(nèi)水交換能力的整體及局部影響。模擬結(jié)果表明，漲潮時潮流從灣口涌入灣內(nèi)，之后往西流向東頭山島北端并一分為二，一支往北，一支往西南方向。落潮時，潮流走向則正好相反。而工程對灣內(nèi)流場的影響僅限工程附近水域，對主航道流速影響較小。陳達(dá)森和嚴(yán)金輝[21]利用1987?2002年實(shí)測海流資料研究了湛江灣海區(qū)流場特征及其對水環(huán)境的影響，指出潮流流向在漲潮時主要向北，在落潮時主要向南，且落潮流速大于漲潮流速，而余流總體效應(yīng)是指向?yàn)惩狻＠钕１虻萚22]利用FVCOM模型建立了湛江灣附近海域的三維潮流模型，得出在湛江灣灣內(nèi)余流場總體指向?yàn)惩猓樾币员钡暮^(qū)主要受上游徑流的影響，而灣口海區(qū)由于狹窄且水深，水流易于輻聚，導(dǎo)致灣口成為湛江灣的強(qiáng)流區(qū)。趙沖久[23]通過實(shí)測數(shù)據(jù)得出海灣內(nèi)一般只受小風(fēng)區(qū)波浪影響，波浪動力較小，水流動力強(qiáng)，水體含沙量小，多年來處于沖淤平衡狀態(tài)。趙婉璐和郝瑞霞[24]采用ECOMSED數(shù)值模型，建立湛江灣頂海域的三維潮流數(shù)值模型并與原始資料進(jìn)行了對比，發(fā)現(xiàn)湛江灣頂水道內(nèi)的平均漲潮流速小于落潮流速，漲潮平均歷時大于落潮平均歷時，同一時刻表層流速大于底層流速。Lu等[25]通過2017年4月和8月在湛江灣進(jìn)行的兩次采樣分析表明，湛江灣表層沉積有機(jī)物為陸源和海源混合有機(jī)物，以海洋有機(jī)物為主，且由于季節(jié)性降雨對陸地徑流的影響，湛江灣有機(jī)物的含量存在明顯的季節(jié)性變化。

湛江灣海域內(nèi)有大量的灘涂，是湛江主要的水產(chǎn)養(yǎng)殖基地。近年來，湛江灣海域水環(huán)境問題日益突出，海岸環(huán)境問題與海洋水文特征息息相關(guān)，可以看到隨著港口經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對湛江灣水文環(huán)境的科學(xué)認(rèn)識是對其進(jìn)行合理開發(fā)利用的重要前提，然而前人關(guān)于湛江灣的研究工作主要集中在湛江灣水動力環(huán)境和潮汐作用的問題上，關(guān)于湛江灣海域溫鹽特征的報道和研究工作較少。蔣城飛等[26]利用2015年10月觀測數(shù)據(jù)得出，湛江港海域鹽度在水平分布上由灣內(nèi)往灣外逐漸遞增，葉綠素a濃度由灣內(nèi)往灣外逐漸遞減，水深比較淺的區(qū)域水溫較高，同時在航道入?？诘讓哟嬖谥暗蜏?、高鹽、低葉綠素濃度”的相對穩(wěn)定的冷水團(tuán)結(jié)構(gòu)。陳春亮等[27]應(yīng)用ECOMSED海洋模式計算了電廠溫排水對湛江灣海域影響的范圍，結(jié)果表明電廠溫排水只影響附近區(qū)域，對整個湛江灣而言影響不大。夏季最高瞬時溫升7.25℃，冬季最高瞬時溫升6.55℃，冬季溫升影響面積較夏季小。湯德福等[28]通過2013年1月在湛江灣灣頸處布放的浮標(biāo)得出該位置水溫的垂向分層，發(fā)現(xiàn)從表層到底層溫度逐漸下降，表層和底層最高溫差可達(dá)4.5℃。劉泉兵[29]通過2017年11月在湛江灣選取的8個站位采集的數(shù)據(jù)得出，隨著水深增加，水溫下降而鹽度增大，而水深15 m以淺的站位垂向溫度變化幅度較小。Zhou等[30]對2017年在湛江灣采集的水樣進(jìn)行分析，結(jié)果表明，月平均鹽度與月降水量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，且降雨對湛江灣的影響主要是通過陸地徑流的增加實(shí)現(xiàn)。

綜上所述，對湛江灣溫鹽特征的研究工作亟需開展。本文基于前人的研究基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)，對湛江灣溫鹽的三維空間結(jié)構(gòu)、季節(jié)變化特征進(jìn)行分析，并探究其可能的影響因素。

2 數(shù)據(jù)與方法

根據(jù)湛江灣的自然地理環(huán)境分布特征，設(shè)置的26個調(diào)查站位如圖1中黑色圓點(diǎn)所示，站位基本覆蓋整個海灣，水深最淺為3 m，最深位于灣口主航道處，達(dá)到40 m。為方便分析，本文將研究區(qū)域劃分為灣頂區(qū)、灣頸區(qū)、大堤區(qū)、淺灘區(qū)和灣口區(qū)5個區(qū)域，如圖1中綠框所示。本文所用數(shù)據(jù)為2017年1?12月每月進(jìn)行現(xiàn)場站位觀測所得數(shù)據(jù)。觀測方法為利用一艘船進(jìn)行逐站位定點(diǎn)觀測，每次觀測用時約3 d。各月觀測日期和站位順序并不一致，具體觀測時所處潮位如后文第4節(jié)所示。個別站位由于觀測受限沒有采集數(shù)據(jù)或因數(shù)據(jù)未能通過質(zhì)量控制而被篩除，導(dǎo)致部分站位數(shù)據(jù)缺失。

溫度、鹽度和壓力由美國Sea-Bird海洋儀器公司出產(chǎn)的SBE19 plus溫鹽儀 (Conductivity-Temperature-Depth，CTD)[31-32]測得，溫度的測量精度為0.005℃，分辨率為0.0001℃，電導(dǎo)率的測量精度為0.0005 S/m，分辨率為0.00001 S/m，壓力的精度為0.1%的滿量程，分辨率為0.002%的滿量程。觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制后垂向平均得到1 m間隔的溫鹽剖面，并由海水狀態(tài)方程計算得到位勢密度，進(jìn)而計算出浮性頻率（即Brunt-V?is?l?頻率），公式為

式中，g為重力加速度；ρ為位勢密度；z為深度[1]。

3 溫度、鹽度、位勢密度及浮性頻率年平均特征

3.1 垂向分布

圖2給出了湛江灣年平均溫鹽密及浮性頻率的垂向分布，斷面選取如圖1中紅色實(shí)線所示。為了研究方便，本文位勢密度以位勢密度超量表示。

圖1 湛江灣地形及觀測站位分布Fig. 1 Topography and distribution of survey stations in the Zhanjiang Bay黑色圓點(diǎn)為所有調(diào)查站位；紅色實(shí)線連接的站位為本文選取的斷面；綠框?yàn)楸疚膭澐值膮^(qū)域The black dots represent all survey stations; the red curve shows the section analyzed in this paper; the green boxes denote the divided regions

可以看出，2017年湛江灣的年平均溫度為23～27℃，年平均鹽度為19～27，年平均位勢密度為11～17 kg/m3，年平均浮性頻率（N2）約為10?5～10?2s?2?？傮w上，斷面溫度和浮性頻率隨著水深的增加而減小，而位勢密度與鹽度均隨著水深的增大而增大且變化趨勢幾乎一致，說明該斷面上海水密度主要受鹽度影響。根據(jù)前人對躍層的定義，一般對于水深小于200 m的水域，溫度梯度大于0.2℃/m的水層定義為溫躍層，鹽度梯度大于0.1 m?1的水層為鹽躍層，密度梯度大于0.1 kg/m4的水層為密度躍層[33]。從圖2中各要素斷面分布可以看出，水深10 m以淺的站位大部分混合均勻，其余站位在5～10 m附近存在躍層。水平上，灣頂附近水體呈現(xiàn)高溫、低鹽、低位勢密度及強(qiáng)層結(jié)的特征，而靠近灣口則為低溫、高鹽、高位勢密度及弱層結(jié)的海水。

圖2 縱斷面各站年平均溫度（a）、鹽度（b）、位勢密度（c）及浮性頻率（d，N2單位：s?2）Fig. 2 Sections of annual mean temperature (a), salinity (b), potential density (c) and buoyancy frequency (d, unit of N2 is s?2)黑線為站位水深The black curve shows the water depth of the section

具體而言，溫度（圖2a）隨著水深的增加而降低，該結(jié)果與湯德福等[28]得出的水溫垂向變化規(guī)律一致。水深10 m以淺的大部分站位混合均勻，溫躍層不明顯，Z3站位在水深10 m附近溫躍層明顯?？拷鼮稠?shù)恼疚粶囟容^高，大都高于25℃，其中Z23站位溫度最高達(dá)到26.9℃；大堤至灣口的站位溫度較低，大都在23～25℃，其中位于灣口的Z13站位溫度最低為23.3℃。鹽度（圖2b）隨著水深的增加而增大，水深10 m以淺的站位鹽度隨水深變化不大，其余站位水深10 m以深鹽度明顯增大。水平上，受淡水徑流影響較大的灣頂處Z25站位鹽度最低為18.7，灣口處Z12站位鹽度最高為26.9，即從灣頂?shù)綖晨?，鹽度增大，最大差異可達(dá)8。位勢密度（圖2c）主要受鹽度的影響，變化趨勢幾乎與鹽度一致。浮性頻率（圖2d）在灣頂附近及水深10 m以淺較大，最大達(dá)5×10?3s?2，Z12站位水深20 m附近浮性頻率最小，為7×10?5s?2，總體而言，浮性頻率隨著水深的增加而減小。

3.2 水平分布

根據(jù)研究海域的水深及上述各要素的垂向分布，這里分別以2 m層、5 m層、10 m層表征該海域年平均溫度（圖3a至圖3c）、鹽度（圖3d至圖3f）、位勢密度（圖3g至圖3i）以及浮性頻率（圖3j至圖3l）的水平分布。總體來看，灣頸至灣頂處為高溫、低鹽、低位勢密度、強(qiáng)層結(jié)水，淺灘區(qū)附近及灣口處為低溫、高鹽、高位勢密度、弱層結(jié)水，即溫度和浮性頻率呈現(xiàn)內(nèi)高外低的特征，且隨著水深的增加而降低，鹽度和位勢密度為內(nèi)低外高，垂向上隨著水深的增加而增大。這些特征在3.1節(jié)各要素的斷面年平均分布中也有所呈現(xiàn)。

圖3 湛江灣各站2 m層、5 m層、10 m層年平均溫度（a?c）、鹽度（d?f）、位勢密度（g?i）、浮性頻率（j?l，N2單位：s?2）水平分布Fig. 3 Annual mean temperature (a?c), salinity (d?f), potential density (g?i), and buoyancy frequency (j?l, unit of N2 is s?2) at 2 m, 5 m,and 10 m at each station in the Zhanjiang Bay

具體來看，表層2 m年平均溫度（圖3a）介于22.0～27.1℃，灣頸及灣頂附近溫度較高，除去位于火電廠附近的Z24站位、Z26站位外，最高溫出現(xiàn)在Z4站位處，淺灘區(qū)及灣口附近溫度較低，最低溫在Z14站，即表層溫度呈現(xiàn)內(nèi)高外低的特征（圖3a）。5 m層和10 m層的溫度水平分布特征（圖3b，圖3c）與表層分布特征大致相近，均呈現(xiàn)內(nèi)高外低的特征。5 m層溫度較低，介于21.8～26.9℃，灣頸處Z4站位溫度最高，最低溫出現(xiàn)在灣口處Z14站位。3層相比，10 m層溫度最低，為21.6～26.7℃，灣頸附近降溫明顯，其余站位溫度均低于25℃，最低溫出現(xiàn)在灣口附近。其中Z20站位、Z21站位由于位于排污口附近，溫度比周圍水域較高，最高能達(dá)到26.6℃。

湛江灣表層2 m年平均鹽度（圖3d）介于19.5～28.5，灣頸至灣頂鹽度較低，灣頂處Z25站位鹽度最低為19.5，灣口附近鹽度最高為28.5，即表層鹽度呈現(xiàn)內(nèi)低外高的特征。5 m層和10 m層的鹽度水平分布特征（圖3e，圖3f）與表層分布特征相似，均呈現(xiàn)內(nèi)高外低的特征。相比于表層，5 m層和10 m層灣頂處鹽度增大明顯，灣口附近變化較小，10 m層鹽度最大，均高于24。其中位于排污口附近的Z20站位鹽度較周圍水域低，為25.5。水平鹽度梯度隨水深變化不大，該結(jié)論與Pritchard[9]在切薩皮克灣所得結(jié)果類似。

年平均位勢密度在不同水深的水平分布特征（圖3g至圖3i）與鹽度分布特征相似。表層2 m（圖3g）位勢密度為11.2～19.3 kg/m3，最小值出現(xiàn)在灣頂附近Z25站位，灣口處Z14站位為最大值。5 m層（圖3h）分布特征與表層類似，但位勢密度略大，為11.8～19.4 kg/m3。3層相比，10 m層（圖3h）位勢密度最大，均大于14.5 kg/m3，灣口處最大為19.6 kg/m3。

年平均浮性頻率N2（圖3j至圖3l）水平分布基本呈現(xiàn)內(nèi)高外低的特征。特別之處在于表層2 m（圖3j）和5 m層（圖3k）灣頸及灣頂附近浮性頻率最大，其次是灣口區(qū)和大堤區(qū)，最小值出現(xiàn)在淺灘區(qū)。3層均在10?5～10?2s?2之間，隨著水深的增加而減小，10 m層（圖3l）最小，均小于1.5×10?3s?2。

4 溫鹽季節(jié)變化特征

在潮汐作用明顯的海域，潮流對于港灣中的溫度、鹽度分布通常具有重要影響，因此需要先評估潮流對湛江灣溫鹽分布的影響。由于灣內(nèi)各處達(dá)到高潮和低潮的時間相差不多，所以這里我們利用國家海洋信息中心[34]預(yù)報的湛江灣（21.17°N，110.40°E）潮高數(shù)據(jù)，分析各個月份航次期間的漲落潮情況，結(jié)果如圖4所示。

圖4 各月份觀測站位所處潮高Fig. 4 Tidal height at observation stations in each month

可以看到，大部分站位觀測期間處于漲潮或落潮階段，處于平潮階段的站位較少，但各月份的觀測都基本涵蓋了漲潮、平潮以及落潮的站點(diǎn)，因而下文將對各區(qū)域劃分成漲潮、平潮以及落潮3種情況進(jìn)行討論（其中平潮的情況包含了停潮）。部分站位數(shù)據(jù)缺失導(dǎo)致圖像不完整，已在數(shù)據(jù)部分進(jìn)行了說明。

4.1 垂向分布特征

由上文3.1節(jié)及前人研究工作[35]可知，湛江灣密度主要由鹽度控制，進(jìn)而影響浮性頻率，因此下文僅展示溫度和鹽度的季節(jié)變化特征。

2017年湛江灣各區(qū)域溫度逐月垂向分布特征如圖5所示?？傮w而言，夏季（6?8月）溫度最高，為27.8～33.6℃，其次是秋季（9?11月），溫度為19.5～32.3℃，春季（3?5月）為20.1～29.3℃，冬季（12至翌年2月）最低，為17.5～21.9℃。溫度隨著水深的增加而降低，夏季表層與底層溫差最大，在10 m層附近存在明顯的溫躍層，可達(dá)到0.7℃/m，春季和秋季溫躍層抬升至5 m層附近，冬季混合均勻。

圖5 各區(qū)域溫度在漲潮、平潮和落潮階段的逐月垂向分布Fig. 5 Vertical distribution of temperature during flood tide, slack water, and ebb tide in each region for each month

具體地，灣頂區(qū)水深約16 m，溫度為18.1～33.6℃。由于Z24站位、Z26站位位于火電廠附近，故該區(qū)域受排污水的影響而水溫較高。夏季溫躍層位于6～8 m，秋季抬升至4～6 m，冬季混合均勻。灣頸區(qū)水深約為20 m、溫度為17.4～31.5℃，夏季溫躍層位于10～12 m，其余季節(jié)溫躍層不明顯。大堤區(qū)水深約為5 m、溫度為17.6～30.6℃，該區(qū)域水深較淺，水體混合均勻。淺灘區(qū)水深為5～30 m、溫度為17.7～32.2℃，該區(qū)域站位較多，各站水深不同，個別站位位于化工廠排放口附近，故水溫稍高。灣口區(qū)水深約為35 m、溫度為17.5～31.1℃，該區(qū)域離外海較近，故水體特性接近外海低溫、高鹽的特性。

對比各區(qū)域處于漲潮、平潮以及落潮期間的溫度分布特征，可以發(fā)現(xiàn)同區(qū)域同月份內(nèi)，漲潮、平潮以及落潮所測得的溫度相差不大。即影響溫度分布特征的主要因素為區(qū)域及月份，而觀測期間所處潮位對溫度分布影響較小。各區(qū)域的漲落潮溫度差約為1℃，而不同月份溫度差最大能達(dá)到約15℃。

湛江灣2017年各區(qū)域鹽度逐月垂向分布特征如圖6所示?？傮w而言，鹽度垂向上隨著水深的增加而升高，夏季和秋季存在明顯的鹽躍層，可達(dá)到1.1 m?1。春季鹽度為19.7～30.2，夏季鹽度為14.7～31.4，秋季鹽度為17.8～29.6，冬季鹽度為21.3～30.2。此外，3?4月及6?8月觀測期間有雨，故表層鹽度較低。

圖6 各區(qū)域鹽度在漲潮、平潮和落潮階段的逐月垂向分布Fig. 6 Vertical distribution of salinity during flood tide, slack water, and ebb tide in each region for each month

具體地，灣頂區(qū)鹽度為14.7～26.8，該區(qū)域?yàn)榈饕斎肟?，故鹽度較低，尤其是在表層10 m以內(nèi)。鹽度在春季高而秋季低，冬夏季介于兩者之間。灣頸區(qū)鹽度為17.4～30.9，鹽躍層大概位于10 m上下。大堤區(qū)鹽度較低，為19.1～28.0，水深較淺且混合均勻。淺灘區(qū)鹽度為18.6～29.9，該區(qū)域站位較為復(fù)雜，鹽躍層大致在5～10 m，受鄰近排污口影響，Z20站位、Z21站位鹽度較低。灣口區(qū)鹽度為18.9～31.4，該區(qū)域離外海較近故鹽度較高。

不同于溫度分布特征，各區(qū)域在同月份內(nèi)處于漲潮、平潮以及落潮期間的鹽度有所區(qū)別，但相較于季節(jié)變化引起的差異仍較小。各區(qū)域的漲落潮鹽度差約為2，而不同月份鹽度差最大能達(dá)到13左右。因此，這里給出4個季節(jié)湛江灣溫度、鹽度、位勢密度及浮性頻率的斷面分布以分析各要素垂向分布的季節(jié)變化（圖7）。

可以看出，夏季整個湛江灣的溫度均較高，達(dá)到28℃以上（圖7b），而冬季湛江灣的溫度較低，基本在20℃以下（圖7d），冬夏季溫度差最大能達(dá)到12℃。春季和秋季溫度相對較為均勻（圖7a，圖7c），整個灣的溫度差基本在5℃以內(nèi)。夏季不同站位鹽度相差較大且垂向存在明顯層化現(xiàn)象，而冬季則相對較為均勻，應(yīng)與冬季較強(qiáng)的混合過程有關(guān)。不同季節(jié)間鹽度差值最大可達(dá)11.3。秋季平均鹽度偏低主要因?yàn)?月份鹽度明顯偏低，這應(yīng)與9月較多的降雨有關(guān)。位勢密度變化趨勢幾乎與鹽度一致，說明其主要受鹽度的影響（圖7i至圖7l）。浮性頻率在夏季最高，灣內(nèi)區(qū)域達(dá)到10?2s?2（圖7n），說明夏季灣內(nèi)層結(jié)較強(qiáng)，這從位勢密度在夏季的分布也可以看出。秋季灣內(nèi)層結(jié)仍較強(qiáng)而灣口區(qū)較弱（圖7o），冬季和春季灣內(nèi)外的層結(jié)均較弱，為10?5～10?4s?2（圖7m，圖7p）。

圖7 四季溫度（a?d）、鹽度（e?h）、位勢密度（i?l）及浮性頻率（m?p，N2單位：s?2）斷面分布Fig. 7 Sections of temperature (a?d), salinity (e?h), potential density (i?l) and buoyancy frequency (m?p, unit of N2 is s?2)in four seasons黑線為站位水深The black curve shows the water depth of the section

4.2 水平分布特征

如前所述，各區(qū)域漲落潮所引起的溫鹽變化相對季節(jié)變化較小，故下文忽略漲落潮的影響，只分析溫鹽水平分布的季節(jié)變化特征。

湛江灣各區(qū)域溫度在表層（2 m）、中層（10 m）、底層（離底2 m）的逐月變化如圖8所示，其中對于水深小于12 m的區(qū)域則只取表層與底層?？傮w而言，5?9月各區(qū)域溫度差異較大，其他月份差異較小。上層溫度分布由高到低為灣頂區(qū)、灣頸區(qū)、淺灘區(qū)、大堤區(qū)、灣口區(qū)，即從灣頂?shù)綖晨谥饾u遞減。各區(qū)域溫度的總體季節(jié)特征均為夏季最高，秋季降溫，冬季最低，春季升溫。

研究海域表層總體溫度處于17.7～33.6℃，各區(qū)域表層溫度的季節(jié)變化特征十分相似，從1月到2月降溫，水溫為18.2～21.7℃，隨后開始升溫至8月達(dá)到峰值，最后溫度一直下降。查詢湛江歷史天氣以及前人研究[20]可知，7月觀測期間受降雨影響而溫度較低（圖8a）。各區(qū)域季節(jié)變化趨勢雖一致，但可以看出5?9月各區(qū)域溫度差異較大，最大達(dá)3℃左右，溫度由高到低分別為灣頂區(qū)、灣頸區(qū)、淺灘區(qū)、大堤區(qū)、灣口區(qū)，即從灣頂?shù)綖晨谥饾u遞減。某些月份由于缺測，導(dǎo)致圖中曲線不連續(xù)。

該海域中層總體溫度為17.6～31.4℃，各區(qū)域中層溫度的季節(jié)變化與表層溫度變化大體一致，也為夏季最高，秋季降溫，冬季最低，春季升溫，不過各區(qū)域間溫度差異明顯較表層小，最大差異不到2℃（圖8b）。溫度水平分布亦是從灣頂?shù)綖晨谥饾u遞減，但中層溫度較表層溫度低。

底層總體溫度為17.7～32.2℃，溫度的季節(jié)變化與表層溫度的變化大致相似（總體溫度為17.7～32.2℃）。在5?9月除去水深較淺的大堤區(qū)和淺灘區(qū)，各區(qū)域溫度相差不大?？臻g分布大致也從灣頂?shù)綖晨谥饾u遞減，但底層溫度較低。

對比圖8a至圖8c可看出，大堤區(qū)與淺灘區(qū)由于水深較淺，水體混合較為均勻，故3層水體溫度相差不大。而對于灣頂區(qū)、灣頸區(qū)以及灣口區(qū)而言，水溫基本上從表層到底層逐漸遞減，尤其是灣頂區(qū)，隨水深加深降溫明顯，最大降溫幅度能達(dá)4℃。

圖8 各區(qū)域表層（a）、中層（b）和底層（c）平均溫度逐月分布Fig. 8 Monthly mean temperature at the surface layer (a),middle layer (b) and bottom layer (c) in each region

湛江灣各區(qū)域鹽度在表層（2 m）、中層（10 m）、底層（離底2 m）的逐月變化如圖9所示?？傮w而言，鹽度分布由低到高為灣頂區(qū)、灣頸區(qū)、大堤區(qū)、淺灘區(qū)、灣口區(qū)，即從灣頂?shù)綖晨谥饾u遞增，各區(qū)域鹽度存在明顯月變化，這可能與徑流、降雨等因素在不同季節(jié)的變化有關(guān)。

具體來看，各區(qū)域表層鹽度為16.0～30.7（圖9a），隨月份呈現(xiàn)類似上下起伏變化（除了9月淺灘區(qū)和灣口區(qū)鹽度偏低出現(xiàn)較大差異外），且變化幅度最大達(dá)到10以上（如灣口區(qū)）。除了4月、7月和9月外，鹽度分布由低到高分別為灣頂區(qū)、灣頸區(qū)、大堤區(qū)、淺灘區(qū)、灣口區(qū)，即從灣頂?shù)綖晨谥饾u遞增。各區(qū)域中層鹽度為18.6～30.8（圖9b），其月變化與表層鹽度月變化基本一致，不過鹽度值較表層升高，尤其灣頂區(qū)鹽度上升明顯。底層鹽度為18.8～31.3（圖9c），其月變化與表層鹽度月變化也較為相似，且底層鹽度明顯高于表層。

對比圖9a至圖9c可看出，大堤區(qū)與淺灘區(qū)由于水深較淺，水體混合較為均勻，故3層水體鹽度相差不大；而對于灣頂區(qū)、灣頸區(qū)以及灣口區(qū)而言，鹽度基本上從表層到底層逐漸遞增。7月的鹽度異常低，如上文分析所提及，是7月觀測期間站位處下雨所導(dǎo)致[30]。

圖9 各區(qū)域表層（a）、中層（b）和底層（c）平均鹽度逐月分布Fig. 9 Monthly mean salinity at the surface layer (a), middle layer (b) and bottom layer (c) in each region

4.3 水體特征

為了進(jìn)一步分析湛江灣的水文特征，我們通過溫鹽圖來大致描述灣內(nèi)水體特性，4個季節(jié)的θ-S圖如圖10所示。

圖10 各區(qū)域四季溫鹽圖Fig. 10 Seasonal temperature-salinity diagram in each region灰色實(shí)線為等位勢密度線；不同顏色的點(diǎn)分別代表各區(qū)域的站位；灰點(diǎn)為4個季節(jié)所有的觀測值The gray lines denote the potential density contours; the dots with different colors denote the observations in different regions; the gray dots denote all the observations in four seasons

可以看到，靠近灣口區(qū)基本為低溫、高鹽水體，溫度大都低于26℃，鹽度為24～30。而靠近灣頂區(qū)基本為高溫、低鹽水體，溫度大都高于25℃，最高達(dá)到32℃，鹽度較小，為14～26。灣頂區(qū)和灣口區(qū)平均溫度差為2.3℃，鹽度差為2.7。其他站位所測的水體溫度、鹽度則相對適中，介于上述兩者之間，這與上文3.1節(jié)和3.2節(jié)得到的結(jié)果基本一致。由于Z21站位附近為化工廠排污口，淺灘區(qū)存在幾個高溫、低鹽值?？傮w上看，各個季節(jié)溫鹽分布均呈現(xiàn)出條帶狀結(jié)構(gòu)，即溫度差異較小而鹽度差異較大，這也說明密度主要受鹽度影響，與上文3.1節(jié)及前人研究結(jié)果一致。

就季節(jié)變化而言，夏季各區(qū)域溫度都較高，大都達(dá)到28℃以上，而冬季溫度普遍偏低，基本低于24℃。夏季湛江灣鹽度變化范圍較大，最大差值接近20，而冬季鹽度分布則較為集中。春秋季水溫變化范圍則介于冬夏兩者之間，且春季鹽度分布相對夏季集中。春秋季水溫基本呈溫度差異較明顯的3部分條帶狀分布，是由于各自季節(jié)內(nèi)觀測到的水溫隨3個月份的變化而變化，表征了水溫隨月份的逐漸升高（春季）或降低（秋季）的現(xiàn)象。

5 討論

如前所述，湛江灣表層、中層和底層的溫度呈現(xiàn)明顯夏季高冬季低的特點(diǎn)，相對而言，鹽度則均隨月份呈現(xiàn)較大幅度的起伏變化（圖9），這里本文從影響湛江灣鹽度的因素方面分析其原因。前人研究顯示[25-26,29-30]，陸地徑流、潮流作用以及降水等過程均對湛江灣的鹽度有重要影響。其中，徑流的作用主要來自湛江灣北部的遂溪河輸入的低鹽水，其在灣頂處以及近岸的區(qū)域尤為明顯。潮流作用主要體現(xiàn)為外海的低溫、高鹽水通過漲潮過程進(jìn)入到湛江灣，使灣內(nèi)水體鹽度偏高，退潮過程則相反，會將灣內(nèi)較淡的水向外輸運(yùn)，該作用在灣口處影響最大。降水過程則一方面會在局地區(qū)域降低海水的鹽度，另一方面也會通過影響陸地徑流的方式影響到湛江灣的水體特征。其中，文中對于降雨的分析是通過查詢湛江歷史天氣以及前人的研究中得到的[30]。此外，湛江灣周邊工廠排放水也會對局地及鄰近海域的溫鹽特性產(chǎn)生重要影響[27-30]。

由圖9可知，鹽度在2月、4月、7月、9月、10月存在較低值。通過分析各月份鹽度的低值區(qū)發(fā)現(xiàn)，在2月，鹽度低值主要出現(xiàn)在淺灘區(qū)和灣口區(qū)，尤其是Z20站位鹽度異常低。而Z20站位正好鄰近碼頭與工廠排放口，同時觀測時間恰逢漲潮，很容易將工廠排放出的淡水帶到該站位處從而導(dǎo)致其鹽度較低。4月的鹽度低值出現(xiàn)在灣口區(qū)的Z13站位和灣頸區(qū)的Z5站位，而這兩個站位的觀測日期均有降雨，故導(dǎo)致該兩個站位鹽度較低。在7月，鹽度整體都偏低，對比7月的天氣可知是由頻繁降雨所導(dǎo)致。9月，淺灘區(qū)和灣口區(qū)整體鹽度都偏低，同樣也是因?yàn)樵撛路萁涤贻^多的緣故，加上淺灘區(qū)以及灣口區(qū)站位觀測期間均處于落潮時期，共同導(dǎo)致了兩個區(qū)域鹽度偏低。在10月，鹽度低值主要出現(xiàn)在灣頂區(qū)和灣頸區(qū)，而對比這兩個區(qū)域由表層到底層的鹽度分布可看出鹽度低值僅出現(xiàn)在表層，說明該現(xiàn)象是陸地徑流造成的。

6 結(jié)論

基于2017年湛江灣海區(qū)的CTD監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析了湛江灣溫鹽的三維空間結(jié)構(gòu)、季節(jié)變化特征。得出如下主要結(jié)論：

（1）湛江灣2017年平均溫度為23～27℃，夏季溫度最高，大致為27.8～33.6℃，其次是秋季，溫度為19.5～32.3℃，春季為20.1～29.3℃，冬季最低，為17.5～21.9℃。年平均鹽度為19～27，春季鹽度為19.7～30.2，夏季鹽度為14.7～31.4，秋季鹽度為17.8～29.6，冬季鹽度為21.3～30.2。位勢密度為11～17 kg/m3，浮性頻率為7×10?5～5×10?3s?2。浮性頻率的垂向結(jié)構(gòu)及水平分布與溫度分布類似，而位勢密度則與鹽度的變化趨勢幾乎一致。

（2）垂向結(jié)構(gòu)：溫度隨著水深的增加而降低，溫度季節(jié)變化明顯，夏季最高，秋季次之，冬季最低，冬夏溫差最大達(dá)15℃，而鹽度季節(jié)平均值相當(dāng)。相較于季節(jié)引起的變化，漲落潮對溫度影響較小，對鹽度影響顯著。溫度躍層夏季最強(qiáng)，10 m處上下溫度最大梯度可達(dá)到0.7℃/m，春秋季溫躍層抬升至5 m上下，冬季水體上下混合均勻。夏季和秋季存在明顯的鹽躍層，鹽度梯度最大可達(dá)到1.1/m。躍層上下溫鹽的季節(jié)變化規(guī)律一致。

（3）水平分布：溫度分布由高到低分別為灣頂區(qū)、灣頸區(qū)、大堤區(qū)、淺灘區(qū)、灣口區(qū)，即從灣頂?shù)綖晨谥饾u遞減。各區(qū)域溫度的總體季節(jié)變化均為夏季最高，秋季降溫，冬季最低，春季升溫。鹽度分布由低到高分別為灣頂區(qū)、灣頸區(qū)、大堤區(qū)、淺灘區(qū)、灣口區(qū)，即從灣頂?shù)綖晨谥饾u遞增，但各區(qū)域鹽度的季節(jié)變化規(guī)律不太明顯。灣頂和灣口平均溫度差為2.3℃，鹽度差為2.7。灣口區(qū)基本為低溫、高鹽水體，而靠近灣頂區(qū)基本為高溫、低鹽水體，其他區(qū)域的水體介于兩者之間。

多種因素的共同作用使得湛江灣的水文要素趨于復(fù)雜化。本文僅根據(jù)觀測數(shù)據(jù)對湛江灣溫鹽特征作了一些簡單的分析，對湛江灣的開發(fā)具有一定的參考作用。但為了適應(yīng)湛江灣開發(fā)的需要，還須對灣內(nèi)的各種水文特征進(jìn)行詳細(xì)的研究。

致謝：感謝廣東海洋大學(xué)海洋與氣象學(xué)院2017年1?12月湛江灣調(diào)查航次的所有工作人員為獲取寶貴的觀測數(shù)據(jù)所付出的努力。感謝對此論文審閱并提出寶貴修改意見的審稿人，特此致謝。