近日，国际刊物Water Research和Frontiers in Marine Science发表我室杜云飞博士与合作者的系列研究成果，题目分别为《Multiscale spatio‐temporal variability of suspended sediment front in the Yangtze River Estuary and its ecological effects》，《Linking interannual variability of turbidity fronts in the Eastern China Seas to local processes and ocean warming》，联合多源卫星遥感、现场观测、模型和再分析数据，量化揭示了陆海条件显著变异背景下，长江口至黄/东海的陆架海区内悬沙锋的多尺度时空演变动力机制，及其潜在生态效应。
图1.长江口悬沙锋季节变化及其生态效应示意图。
长江口悬沙锋显著影响区域环流、水质和生产力，然而，其多尺度时空演变和相关生态效应的定量认识仍然十分有限。杜云飞博士与合作者基于多年遥感观测数据，采用基于梯度的锋面检测算法准确定位悬沙锋的地理位置，进而确定了锋面的空间分布格局和摆动范围。结果表明：（1）悬沙锋的平均经度位置约为122.2°E，最远可以延伸至122.8°E，其出现频率与水深呈显著负相关；（2）河口工程对泥沙侧向交换的控制作用使得这些区域更频繁地出现稳定的带状锋面。
进一步分析悬沙锋在潮汐至年际尺度上的演变规律和动力机制发现：（1）与其他潮型相比，由于潮汐混合和向海余流的增强，悬沙锋在大潮期间离岸延伸最远；（2）锋面位置的季节变化主要受到混合层深度、风场、波浪强度和温度的共同控制；（3）然而，受人类活动影响，长江输沙量是年际尺度上锋面演变的主控因素。此外，台风和大洪水短期极端事件分别通过增强垂直混合和增大入海泥沙通量导致悬沙锋显著向海迁移。
对悬沙锋生态效应的研究表明，在夏季，由悬沙锋和羽状锋组成的双锋面系统强烈控制着河口初级生产力，叶绿素-a浓度高值区与悬沙锋的向海振荡边界非常吻合，锋面附近的温度、盐度和营养物浓度也表现出剧烈的变化。相反，在冬季，径流不足导致单一的锋面系统，同时伴随欠佳的养分、温度和光照条件，因此初级生产力非常低。
图2.（a）2017年夏季航次采样所得海表叶绿素-a浓度（填充底色）、28-31盐度等值线（白色实线）以及GOCI卫星观测的悬沙锋平均位置（红色实线）和摆动范围（黄色虚线）的空间分布。（b）与（a）相同，但为2014年冬季的结果。
陆架海悬沙锋易受海洋水动力快速变化影响，在全球海洋快速变暖的背景下，阐明其变异性对理解海洋物质输运过程至关重要。杜云飞与合作者利用近10年的GOCI卫星观测数据，采用基于梯度的锋面检测算法和锋面频率分别量化了悬沙锋的空间分布及其在年际尺度上的变化，评估了我国东部岸外陆架海悬沙锋的年际变化规律及其对海洋变暖的响应。
研究表明，锋面活动的年际变化及其控制机制具有区域异质性：（1）风浪、水平温度梯度和混合层深度分别是渤海、黄海和东海锋面活动年际变化的主要驱动因子；（2）ENSO通过滞后的风响应机制（≥4个月）引起锋面活动异常。值得注意的是，近10多年来黄海和东海近岸海域锋面频率呈显著上升趋势，主要归因于海洋变暖导致的水平温度（密度）梯度增强。随着海洋持续变暖，陆源物质的向海输运预计将进一步增加，可能提升海洋初级生产力和碳汇潜力，并对生态系统功能和渔业资源分布产生深远影响。
上述研究增强了对陆架海悬沙锋多尺度演变机制及其生态效应的理解，并为定量研究锋面控制浮游植物时空分布的机制提供了重要基础，为全球其他浑浊海域锋面研究提供有价值的见解和参考。
图3.（a）10年平均海表悬沙浓度的空间分布。（b）10年平均锋面频率的空间分布。（c）锋面频率与水深的相关系数的空间分布。（d）锋面频率长期趋势的空间分布。蓝色方框表示锋面频率年际增强的3个典型区域，包括山东半岛沿岸（A区）、江苏浅滩（B区）和浙闽沿岸海域（C区）。紫色箭头指示5个跨陆架输运通道。
图4.（a）锋面频率和pCO2异常之间相关系数的空间分布。统计上显著的相关性以颜色显示（p<0.05）。（b）pCO2长期趋势的空间分布。白色区域表示数据缺失或长期趋势不显著。
上述论文第一作者均为我室博士后杜云飞，我室范代读教授和华东师范大学张继才研究员为共同通讯作者，合作者包括我室博士生韩香举和华东师范大学汪亚平教授。该研究受到国家自然科学基金重点项目、上海市教委重大科研创新项目等的资助。
全文链接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2025.123349
https://doi.org/10.3389/fmars.2025.1530555
撰稿：杜云飞