大河河口物质和能量交换强烈，是地球表生过程的重要关键带。长江口因径流、潮流、陆架环流及风暴浪等影响显著成为研究河口关键过程的天然实验室，正在建设的“国家海底科学观测网大科学工程”便选址在长江口外东海陆架上（图1），核心内容包括台风、赤潮、低氧等海洋与气象灾害及海洋生态环境问题的实时监控与研究。
图1 在建国家海底科学观测网大科学工程东海子网示意图
十几年前在汪品先院士推动下，同济大学率先在长江口建成了我国首个有缆的海底观测网小衢山试验站。我室博士生张悦利用试验站连续的水文环境观测数据，首次细致地刻画了长江口羽状流从枯季南偏的底部捕获型向洪季东北偏的表层平流型转变过程，及其对河口余环流、温盐结构和泥沙输运的影响。2009年4月长江径流量十天内从日均1.97 × 104 m3/s迅速增加至3.36 ×104 m3/s，两周后在小衢山站观测底层盐度陡降，并伴随着大幅的半日潮周期盐度和温度振荡（图2），这主要是径流增强、风场转换、持续升温等共同导致水体层化加强和温盐水平梯度剧增的结果。论文于5月在线发表在国际知名海洋地学杂志《Marine Geology》上。
图2 东海海底观测网小衢山试验站、坐底三脚架观测系统与2009年枯洪季转转换过程中的温盐潮汐周期振荡
长江口外季节性低氧受到径流、潮汐、风场和区域环流等共同影响，呈现复杂的年际变化。综合利用航次、浮标和卫星观测等方法，结合数值模拟分析，研究了2015和2017夏季低氧程度和空间分布特征，认为风场对低氧的年际变化起重要作用（图3）。2015年夏季风偏弱，在航次观测之前一段时间以北向风为主，导致长江口羽状流南偏、黑潮次表层水分支北上减弱和近岸发育下沉流等，不利于低氧发育，低氧主要集中于水下深槽区以南的近底层水体。2017年夏季风较强，南向风驱使长江口羽状流东北偏、黑潮次表层水北上强劲和近岸发育上升流等，有利于低氧发育，在长江口外北部形成大范围低氧区，底层水体含氧量最低值达0.6 mg/L，且低氧水体上界可抬升至离表层5米左右，对河口生态影响更加显著。该成果于6月1日在线发表在国际知名海洋地学杂志《Biogeosciences》上，第一作者是海洋地质国家重点实验室高级访问学者Taavi Liblik博士。
图3 夏季风强（2017）、弱（2015）变化对长江口外低氧区分布空间和低氧程度的影响
受人类活动影响，近期近海低氧发育呈现“更加频繁、面积剧增、氧含量下降”等特点，严重危害区域海洋生态安全和渔业可持续发展，被称为“死亡地带”而备受关注。根据采自长江口外低氧核心区柱状沉积物样的氧化¾还原敏感元素和有机碳分析结果表明，从上个世纪八十年代以来，低氧呈现恶化态势明显，可分为两个阶段，中间有一段缓和期（1991-1997）。低氧发育与赤潮有较好的相关性，表明流域人类活动导致河流营养盐输入增加是赤潮和低氧加剧的重要原因（图4）。该成果于2020年2月发表在国际知名海洋地学杂志《Marine Geology》上，第一作者是我室博士后吴伊婧。
图4 长江口低氧核心区沉积记录的近期低氧加剧的趋势
尽管人类活动导致近期近海低氧呈加剧态势，但低氧本身是一种自然现象。低氧对游泳型生物影响较小，但对底栖生物影响巨大，可导致后者大量死亡，由此得名“死亡地带”。然而，仍有一些底栖生物可以忍耐较低的含氧量而存活，成为研究历史低氧的重要替代指标。我室博士生任发慧根据钻孔岩芯中耐低氧有孔虫组合和丰度变化分析认为，长江口低氧发育至少可以追溯到2600年前；受东亚季风和黑潮活动等的影响，存在明显的阶段性强弱变化（图5）。该成果于2019年11月发表在国际知名的海洋地学杂志《Marine Geology》上。
图5 钻孔耐低氧有孔虫组合分析表明长江口低氧发育历史可追溯至2600年前
以上研究得到国家自然科学基金（项目号41476031, 41776052, 41976070, 41730531）和海洋地质国家重点实验室自主课题（项目号MG20190104）等项目的共同资助。
上述论文的通讯作者均为我室范代读教授。该课题组致力于河口¾陆架海环境多时空尺度的学科交叉研究，诚邀有志于物理海洋学、生态动力学、沉积动力学和沉积学交叉研究的年轻学者加盟。
论文全文与链接：
Zhang, Y., Fan, D.*, Qin, R., 2020. Estuary-shelf interactions off the Changjiang Delta during a dry-wet seasonal transition. Marine Geology, https://doi.org/10.1016/j.margeo.2020.106211 .
Liblik, T., Wu, Y., Fan, D.*, Shang, D., 2020. Wind-driven stratification patterns and dissolved oxygen depletion off the Changjiang (Yangtze) Estuary. Biogeosciences, https://doi.org/10.5194/bg-17-2875-2020.
Wu, Y., Fan, D.*, Wang, D., Yin, P., 2020. Mild enrichment of redox-sensitive elements in core sediments off the Changjiang Estuary: controlling mechanisms and environmental implications. Marine Geology, https://doi.org/10.1016/j.margeo.2019.106044.
Ren, F., Fan, D.*, Wu, Y., Zhao, Q., 2019. The evolution of hypoxia off the Changjiang Estuary in the last 3,000 years: Evidence from benthic foraminifera and elemental geochemistry. Marine Geology, 417, https://doi.org/10.1016/j.margeo.2019.106039.
撰稿：吴伊婧，张悦，范代读
编辑：高小丰