2結果

圖3 12:00～12:15數據段滑動(dòng)平均濾波窗口選取示意圖

圖4 13:00～13:15數據段互相關(guān)校正圖

經(jīng)過(guò)處理和計算得到的海流垂向流速、溶解氧濃度、水深、溫度及溶解氧通量數據見(jiàn)圖5和表1。由于CTD安裝位置稍高，導致被海水淹沒(méi)前的"空采期"較長(cháng)，因此舍去了水深和水溫的前20min數據；另外CTD供電系統在13:40左右發(fā)生故障，因此水溫的后1h數據未在圖2-8中顯示，水深數據由ADV測量值代替補充。測量期間隨著(zhù)潮水的上漲，水深變化范圍為0.3～2.8m，平均水深1.68m；水溫在近1.5h內從17.58℃持續下降到16.82℃，據ADV溫度傳感器記錄數據顯示，當日下午14:00～17:00期間水溫依然在下降，但變化幅度極小，17:00時(shí)刻水溫為16.48℃。海流水平流速變化范圍為10.380～25.031cm/s，平均水平流速19.43cm/s；垂直流速變化范圍為0.012～0.686cm/s，平均水平流速為0.36cm/s。

圖5渦動(dòng)相關(guān)數據時(shí)序變化特征:(A)海流垂向速度;(B)溶解氧濃度;(C)水深;(D)水溫;(E)計算得到的溶解氧通量(正通量表示通量方向為從沉積物指向上覆水)(誤差條代表標準差)

測量過(guò)程中，溶解氧濃度變化范圍為292.80 umol/L到248.13?mol/L。在測量初始階段，由于潮水上漲，測點(diǎn)逐漸被海水淹沒(méi)，溶解氧濃度快速下降。在12:10左右，溶解氧濃度出現小幅度回升，這可能是由于潮間帶沉積物在被海水淹沒(méi)之前暴露于空氣中，沉積物中的間隙水較少，因此溶解態(tài)的氧也相對較少，而漲潮后沉積物被海水覆蓋，沉積物間隙中的氧氣快速溶于海水，使溶解氧濃度增加。在此之后，溶解氧濃度隨著(zhù)水深的增長(cháng)持續下降，這主要是由于測點(diǎn)位置固定不變，測點(diǎn)與海水-大氣界面距離逐漸擴大，因此溶解氧濃度呈緩慢下降趨勢。在下午14:30后，水深達到2.5m，深度對溶解氧濃度的影響逐漸減弱，溶解氧濃度基本保持穩定，穩定值約為252.89?mol/L。

表1原位渦動(dòng)相關(guān)實(shí)驗詳細數據(括號內為平均值)(正通量表示通量方向為從沉積物指向上覆水)

表1給出了實(shí)測流速、水深、水溫、溶解氧濃度及溶解氧通量計算結果的具體數據。從中可以看出溶解氧通量存在明顯的規律性。在上午11:40到11:55的觀(guān)測初始階段，溶解氧通量為負值，這是由于在漲潮初期水深較淺，測點(diǎn)位置主要受到海水-大氣界面作用影響，近海面氧濃度顯著(zhù)高于沉積物表層，造成了溶解氧自上而下向沉積物運動(dòng)。在12:00到12:35這一時(shí)段，溶解氧通量轉為正值。如上文所述，漲潮后潮間帶沉積物被海水覆蓋，沉積物間隙中的氧氣快速溶于海水，使沉積物間隙溶解氧濃度增加，高于海水中氧濃度，形成了下高上低的濃度梯度分布。

此后，氧通量緩慢下降，逐漸由正值轉為負值，并在基本達到滿(mǎn)潮時(shí)開(kāi)始回升，重新變?yōu)檎?，最終達到+49.3±3.7 mmol/m2/d。這可能由幾種機制造成:首先，隨著(zhù)潮水上漲，水深逐漸增大，測點(diǎn)與海水-大氣界面的距離擴大，形成了從海水表面向下指向沉積物的垂向通量；其次，海流的作用造成了上高下低的氧濃度梯度。據Holtappels M等人研究表明，近岸海域中海流流速隨著(zhù)距海底距離的增加而增長(cháng)，這種流速分布會(huì )破環(huán)近岸水體中原有的氧濃度梯度，產(chǎn)生或增強自上而下方向的溶解氧通量(見(jiàn)圖6)。

第三，當水深達到2.5m左右時(shí)，海水-大氣界面作用對溶解氧濃度的影響逐漸減弱消失，測點(diǎn)位置水體環(huán)境基本保持穩定。本次研究測區海底礫石和沉積物上長(cháng)有大量貽貝類(lèi)和底棲藻類(lèi)生物，底部藻類(lèi)光合作用會(huì )生成大量的氧，形成自下而上的溶解氧通量。另外，滲透性砂質(zhì)沉積物在海流的反復沖刷過(guò)程中，不斷地被重置與翻新。氧和固態(tài)、溶解態(tài)有機質(zhì)被向下帶入滲透性沉積物，增強了微生物的礦化作用，同時(shí)缺氧水被沖出沉積物混入上覆水。此時(shí)的砂質(zhì)沉積物便成為了生物催化作用的過(guò)濾器和催化劑，刺激了碳循環(huán)和氧循環(huán)的周轉，造成了較高的底棲氧通量值。

圖6近岸海流流速分布引起的垂向濃度梯度示意

為進(jìn)一步評估渦動(dòng)相關(guān)數據和所得通量的質(zhì)量，分別對每個(gè)15min數據段(burst)進(jìn)行累加通量計算，計算結果見(jiàn)圖7。累加通量的斜率代表了所測時(shí)間段內的平均氧通量值，可以根據其升降趨勢評估計算的氧通量的細微變化。從圖中可以看出，在漲潮期的大部分時(shí)間內，累加通量都沒(méi)有顯示出完美的線(xiàn)性趨勢，這表明研究站位的水動(dòng)力條件極度不穩定。隨著(zhù)海流流速的增長(cháng)，在不平坦的砂質(zhì)沉積物表面反復沖刷的海流引發(fā)的壓力差會(huì )在上層砂質(zhì)層中產(chǎn)生強勁的孔隙水流。下午14:30后接近滿(mǎn)潮時(shí)，累加通量開(kāi)始呈現較為線(xiàn)性的走勢，表明此時(shí)水動(dòng)力條件趨于穩定，所測氧通量值對該時(shí)段真實(shí)氧通量具有很好的代表性。

圖7觀(guān)測過(guò)程中波動(dòng)的累加通量