近岸水柱是气候变化与人类活动冲击的最前线，但浅水层化观测长期稀少。加拿大拉瓦尔大学团队在圣劳伦斯湾西北部七岛地区沿岸布设35个观测站，于2022年5月至10月无冰期内逐月开展温盐深剖面观测，挂接在温盐深仪上的Seapoint叶绿素荧光计与Seapoint浊度计同步输出了叶绿素a与浑浊度序列，勾画出春夏水柱层化与浮游植物动态的完整图景。数据论文发表于2026年的Earth System Science Data。
研究背景
圣劳伦斯湾的海冰覆盖在过去十年显著减退，这与冬季气温升高直接相关，未来近无冰冬季将越来越常见；自2010年以来，湾内已出现4个季末近乎无冰的冬天。七岛地区正处湾域西北岸，坐拥北美最重要的矿产输出港，城市、工业与航运活动密集，生态系统承受着气候变暖与人为扰动的双重压力。
对这类亚北极近岸系统而言，水柱温跃层是调控层化的关键结构：它把水柱分隔成不同层次，既阻挡生物交换，也决定营养盐与浮游植物的分布。既往水柱层化研究多在远离海岸的深水区开展，浅水近岸的层化证据零零星星——爱尔兰西岸在离岸10公里内观察到层化，韩国南部水深5至30米处发现热层化，但系统性的浅水观测仍然稀缺。在七岛地区建立水柱基线，既是评估生态变化的参照，也是当地港口生态系统研究计划的基础工作。
研究过程
研究断面覆盖七岛地区海岸线，自西边的卡捷港至东边的马塔梅克保护区，共35个站点，按岸线利用类型分为三个区：西段1至15号站、七岛湾内16至27号站、湾东至马塔梅克28至35号站，站区水深介于2至52米。观测在2022年5月至10月逐月进行，共6个航次；受设备故障影响，仅34号站的5月与25号站的6月缺测。
每次观测将温盐深仪以平均每秒1米的速度下放至离底2至3米处，以4赫兹频率连续采集。仪器除温盐与光合有效辐射传感器外，还挂接了两支Seapoint光学传感器：一支测体内叶绿素荧光，作为浮游植物叶绿素a生物量的代用指标；一支测浊度。传感器最近一次标定在2017年，因此叶绿素数值按相对值解读，但仍足以刻画季节与空间格局。每个站点的温度、盐度、浊度与荧光垂直剖面按月成图，叶绿素与环境变量的关系再用散点图与Spearman相关分析定量检验。
图1. 美国Seapoint公司SCF叶绿素荧光计
图2. 七岛地区35个观测站位与主要河流分布（论文 Figure 1）
实验结果
水柱从混合到层化再回归混合。5月水柱最冷且基本均质，表层平均5.56摄氏度，22个站出现3至4米深处的近表层温跃层雏形；6月表层升至8.69至11.99摄氏度，水体仍大体混合；7月起层化明确建立，温跃层多位于4至5米；8月温跃层继续加深，西部站可达4米厚，东部站在4至12米间加深；9月全柱最暖，深站底部仍保留约4.2摄氏度冷水；10月全断面温度重新均一，表底差平均仅1.28摄氏度。整个无冰季表层温度的最大变化出现在5至6月（升高5.02摄氏度）与9至10月（骤降9.30摄氏度）。
图3. 各月各站温度热图，粉框为温跃层厚度（论文 Figure 2）
盐度揭示河口淡水印记。5月莫西西河口的29、30、31号站表层盐度低至17.8至20.1，是春季融雪径流的信号；全季6月平均盐度最低（27.8），7月最高（约30.6）；9月淡水印记再现于Brochu河与圣玛格丽特河附近站。温跃层、盐跃层与密度跃层深度在全季大体对齐，温度与盐度在整个数据集中显著反相关（相关系数-0.84），说明盐度对密度层化的贡献尤其在6月举足轻重。
浑浊度聚焦湾内与河口。断面浊度介于0至8.4 FTU，高值集中在七岛湾内16至21号站（4.8至8.4 FTU，最高值出现在20号站）以及5月和10月的河口站。7月与9月全断面浊度普遍低于2 FTU。漫衰减系数与深度平均浊度显著正相关（决定系数0.59），与荧光关系微弱，说明该海域光衰减的主导因素是悬浮颗粒物而非浮游植物。
图4. 各月各站浊度热图（论文 Figure 5）
叶绿素夏季次表层峰值与秋季表层回弹。荧光5月最低（表层均0.37毫克每立方米），6月升至1.07，7月虽表层均值仅0.53，但多个站在15至24米深处的温跃层之下出现超过4毫克每立方米的次表层峰值，最高4.28；8月峰值整体变浅（5至26米），多位于温跃层之上或层内，最高2.73；9月表层荧光达到季节峰值（均1.59，13号站达4.06），构成与邻近海区一致的秋季水华信号；10月回落至1.11。叶绿素与温度的关系随季节反转：5、6月正相关（相关系数0.89与0.81），7月转负（-0.61），恰对应次表层冷水中的峰值。
图5. 各月各站叶绿素a热图（论文 Figure 6）
图6. 叶绿素a与温度、盐度、光照及浊度的关系散点图（论文 Figure 8）
研究结论
2022年无冰季的七岛近岸水柱呈现出温带近岸的典型节律：春季冷而混合，盛夏强烈层化，深秋回归均一；叶绿素峰值夏季藏于温跃层之下、秋季重返表层。与湾域惯例的春华秋华两峰不同，本研究主峰出现在夏季，可能与未覆盖4月末春季水华有关。团队建议后续补充营养盐观测以捕捉上升流事件，并持续维持逐月断面以追踪快速变化。
浅水近岸的浮游植物动态藏身于层化结构的细节之中，只有高分辨率的原位荧光剖面才能捕捉。Seapoint叶绿素荧光计功耗低、体积小、耐压6000米，采用调制光荧光检测并可选增益，与温盐深仪挂接即可在一次下放中同步获取叶绿素a、浊度与理化参数剖面。对近岸基线监测、港口水环境评估与水华早期预警而言，这类小型荧光载荷是以最低成本把生物量观测纳入常规剖面的可靠方案。
参考文献
Arseneault E., Joshi N., Carrière J., et al. Oceanographic dataset of the near-shore water column of the northeastern Gulf of St. Lawrence, Canada, during the ice-free season. Earth System Science Data, 2026, 18: 4771–4791. https://doi.org/10.5194/essd-18-4771-2026
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