海水中的溶解氧(Dissolved Oxygen，DO)是反映海洋生物生长状况和海水质量的重要指标，也是衡量海气相互作用、初级生产力等过程的重要标志物，其变化受物理、生物和化学等过程的共同作用。国家水质标准(GB3097—1997)中定义海水二类水体标准为5 mg/L，小于5 mg/L则属于三类及以下的水体，三类及以下的海水不适于海水养殖、海洋浴场等海水与人体直接接触的海水娱乐区，因此了解海水中的溶解氧含量非常重要。


Unisense微电极研究系统的应用


unisense新型（STOX）溶氧微电极结合AD信号转换器与PA2000皮安表结合使用，实现在海洋底层区域中的氧浓度的原位测试，该传感器接入到Seabird测试采样设备中的轻金属合金圆柱体中，选取STOX传感器作为海洋区域中氧气的浓度的测试数据输出端。


本文利用大沽河口海洋环境有缆实时在线观测系统所获数据，研究了底层海水溶解氧的时间变化特征和变化幅度特征；结合盐度、温度、水深以及风速数据对海水溶解氧浓度的影响因素进行了讨论，主要结论如下：


(1)大沽河口底层海水溶解氧浓度呈现出多时间尺度变化特征，观测期间平均值为8.90 mg/L，日平均值变化范围为5.04～13.29 mg/L。从月平均数据来看，海水溶解氧浓度从2016年11—2017年1月逐渐升高，2017年1—6月逐渐降低，1月最高，为11.86 mg/L，6月最低，为6.17 mg/L。对于季节变化而言，海水溶解氧浓度从秋季至冬季逐渐升高，冬季至夏季逐渐降低。在秋末至初春，这个时间段内，浮游植物的生命活动非常弱，无法通过光合作用产生氧气，因而海水溶解氧浓度日变化受到海表面风和潮汐作用下海水混合的影响较大；春季和夏季初期，浮游植物开始进行光合作用，海水溶解氧浓度白天呈现出上升的趋势。

图1各月平均的DO逐时日变化

(2)观测期间海水溶解氧浓度的月标准差的变化规律为2016年11月—2017年5月下降，2017年5—6月上升。其中月标准差11月最大，为0.83 mg/L，2017年5月最小，为0.21 mg/L。海水溶解氧浓度的日标准差呈现出与月标准差相似的规律，2016年11月份最大，为0.76 mg/L，2017年2月最小，为0.15 mg/L。说明观测期间，溶解氧浓度的小时变化强度和日变化强度均于2016年11月份最强。此外，海水溶解氧浓度的日标准差变化还存在显著的天气时间尺度变化，亦于2016年11月份时最强，最高值约为1.94 mg/L，出现在2016年11月28日。观测期间大沽河口饱和度逐渐降低，AOU经历了由负到正逐渐升高的过程，在2017年4—6月份，AOU的值相对较大，说明水体进入到了氧消耗的阶段。

图2观测期间的DO(mg/L)、DOS(mg/L)、p(b)、日平均AOU(c，mg/L)和月平均AOU(d，mg/L)时间序列；((b)和(c)中从左至右的四种颜色分别表示秋季、冬季、春季和夏季;(b)中红色线表示饱和百分比为100%;(c)和(d)中红色线表示平均值。


(3)大沽河口水深较浅，层结作用不明显，影响底层海水溶解氧浓度的主要因素是温度，二者的相关系数达到-0.96，温度越高，溶解氧浓度越低。由于大沽河口盐度的变化范围较大，盐度变化对海水溶解氧浓度的贡献率达到13.10%，二者相关系数为-0.51，盐度越高，溶解氧浓度越低。海水溶解氧浓度的变化还受到大风天气的影响，在大风天气的影响下，溶解氧状态充盈，海水溶解氧浓度会出现过饱和的现象，在风力较弱的情况下，海水溶解氧浓度主要受温度控制。潮汐对海水溶解氧浓度有一定的影响，大沽河口潮汐类型为正规半日潮，潮汐作用能够引起海底水的混合运动，从而对溶解氧浓度产生影响。


(4)本次研究发现大沽河口在观测期间不存在溶解氧浓度低于二类水质标准的现象，说明大沽河口水体2016年秋冬季至2017年春季基本无污染，但是溶解氧浓度夏季的趋势仍然需要进一步的观测，研究表明夏季海水溶解氧浓度呈下降趋势，加上径流增大可能携带大量污染物，有可能会出现溶解氧含量低于二类水质标准甚至是三类标准的情况。