近期，我室海洋动力与生态耦合智能预警团队在Science of the Total Environment期刊上发表了题为“Dual fronts control partitioned parameterization of light attenuation off a highly-turbidity estuary: A partitioned parameterization scheme for the Changjiang Estuary”的研究成果。第一作者为我室与浙江大学海洋学院联合培养的博士研究生蒋智浩，通讯作者为周锋和陈建芳研究员，合作者包括浙江大学海洋学院郑豪教授、贺双颜副教授、李莉副教授，我室孟启承副研究员、倪晓波正高级工程师、鲍敏副研究员、张乾江博士、郝锵副研究员和硕士毕业生黄鸿羽。

海洋锋作为重要的中尺度动力现象，在海洋生态系统中扮演重要角色。以往研究揭示我国近海多处海域长期存在海洋锋。长江因其携带了大量的淡水、泥沙和营养盐输入黄东海，在河口周边形成了不同要素的海洋锋，如浊度锋和羽状锋（图1）。锋面不同侧水团的理化性质表现出很大差异，悬浮泥沙浓度（SSC）在浊度锋的外侧迅速降低，水下可见光的衰减强度（Kd）较近岸侧小；同时营养盐浓度也会以锋面为重要边界，在河口向陆架方向上迅速降低。这两类海洋锋对水下光强、营养盐的分布和水体光学性质产生影响，对浮游植物初级生产有不容忽视的影响。然而，以往长江口海域的水下光衰减参数化研究中通常将整个长江口海域视为光学活性成分组成均一、水体光学性质单一的，忽视了锋面对水体光学性质造成的区域差异。本研究针对这一不足提出了一个能更准确表征长江口海域水体光学性质空间差异的分区参数化方案。

图 1. （a）我国近海地形和研究区域分区。（b）2012—2020年MODIS多波段多年月平均遥感反射率（Rrs）。（c）31.5°N断面上锋面不同侧水团性质差异。蓝色实线和黑色虚线分别代表2011—2020年GOCI多年平均海表悬浮泥沙浓度（SSC）和海表SSC梯度；红色实线表示ETOPO2地形；橙色实线表示2017年8月ROMS模型模拟得到的月平均海表盐度（SSS）；绿色实线表示2011—2019年多年平均的局地修正叶绿素（local modified Chl）；洋红色实线表示根据本研究不分区参数化方案得到的Kd

本研究融合了卫星水色产品、ROMS模拟参数与观测数据，对双锋面划分的不同河口区域中由光学活性成分主导的光衰减机制进行了分析。如图1所示，研究将整个研究区域划分为三个子区域，分别为水深浅于20米的研究子区一（Zone 1），水深介于20米和50米之间的研究子区二（Zone 2）和水深大于50米的研究子区三（Zone 3）。通过基于生物光学特性的多元线性回归分析，为每个子区域分别提出了一套Kd参数化方案，并利用实测资料对参数化方案进行了对比验证。

研究发现：（1）双锋面是长江口光衰减区域差异的核心驱动因素，浊度锋与羽状锋将研究区分割为3个水体光学性质表现与光衰减机制迥异的研究子区，从而引发了各研究子区之间主导因子组成和分布上的差异显著（图1）。（2）经实测数据验证（图2），长江口海域传统不分区的Kd参数化方案R²为0.46（RMSE=0.79 m⁻¹），而分区后Zone 1方案的R²为0.84（RMSE=0.44 m⁻¹）、Zone 2方案的R²为0.83（RMSE=0.65 m⁻¹），这表明分区参数化模型精度远优于传统单一模型，能更准确反映长江口海域光衰减规律，为反演水下光场提供了可靠模型。（3）双锋面通过调控光可用性与营养输入，塑造了长江口海域从河口到陆架海域的“低—高—低”初级生产力格局。由于高生产力区的有机物是耗氧的重要源，因此双锋面也是缺氧形成的重要诱因，在长江口缺氧发育过程的“光—生产力—耗氧”链式机制有着重要的调控作用（图3）。

图 2. 研究子区参数化方案得到的Kd比较结果。Kd参数化拟合所用观测数据（悬浮泥沙浓度、叶绿素浓度、盐度）来自 2024年8月长江口实测调查航次。R²和RMSE表示拟合的Kd值与观测的Kd值之间的相关性和偏差。（a）整个研究区域的参数化方案。（b）研究子区一的Kd参数化方案。（c）研究子区二的Kd参数化方案。实心圆点表示实际用于参数化拟合的有效观测所得Kd值；空心三角形表示未用于参数化拟合的无效观测所得Kd值

本研究依据河口海域水体光学性质差异开发光衰减分区参数化模型，为反演全球高浊度河口海域水下光场提供了范式，可提升海岸生态系统环境变化响应预测能力，为长江口及类似高浊度河口近岸区域的生态管理提供科学依据。

图 3. 2020年7月长江口大面调查航次实测参数空间分布。(a)调查站位平面图。（b）表层浊度。（c）表层盐度。（d）表层叶绿素。（e）表层溶解氧。（f）31.5°N断面上叶绿素。（g）31.5°N断面上溶解氧

论文引用：Jiang, Z., Zhou F.*, Zheng H., Meng Q., Ni X., He S., Bao M., Li L., Zhang Q., Hao Q., Huang H., Chen J.*, 2025. Dual fronts control partitioned parameterization of light attenuation off a highly-turbidity estuary: A partitioned parameterization scheme for the Changjiang Estuary. Science of The Total Environment 1003(2005),180616,https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2025.180616

相关文章：

[1] Zhou, F., Chai, F., Huang, D., Wells, M., Ma, X., Meng, Q., Xue, H., Xuan, J., Wang, P., Ni, X., Zhao, Q., Liu, C., Su, J., Li, H., 2020. Coupling and decoupling of high biomass phytoplankton production and hypoxia in a highly dynamic coastal system: The Changjiang (Yangtze River) estuary. Frontiers in Marine Science, 7 (259), doi:10.3389/fmars.2020.00259.

[2] Zhou, F., Chai, F., Huang, D., Xue, H., Chen, J., Xiu, P., Xuan, J., Li, J., Zeng, D., Ni, X., Wang, K., 2017. Investigation of hypoxia off the Changjiang Estuary using a coupled model of ROMS-CoSiNE. Progress in Oceanography, 159, 237?254, doi:10.1016/j.pocean.2017.10.008.