点击上方蓝字，关注我们~
珠江口淇澳岛滨海湿地固碳增汇的环境水动力驱动规律
张洪兴 陈登义 张皓天 陈 杰 周笑笑*
中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司
本文引用格式：
张洪兴，陈登义，张皓天，等. 2026. 珠江口淇澳岛滨海湿地固碳增汇的环境水动力驱动规律[J]. 湿地科学与管理, 22(2): 39-46.
doi:10.3969/j.issn.1673-3290.2026.02.06
滨海湿地是海陆交错带关键生态系统，在固碳增汇、应对气候变化中具有重要作用，其碳汇过程受淹水时长、盐度梯度、营养供给等环境因子调控。本研究以珠江口淇澳岛滨海湿地为对象，采用现场监测、遥感解译、数值模拟相结合的方法，分析多动力驱动水动力特征和营养盐迁移转化规律，阐明碳通量、碳埋藏速率等碳汇过程及其对水动力参数和营养盐浓度的动态响应机制。结果表明：珠江口冬、夏季余流场结构整体相似，淇澳岛水体更新季节差异显著，夏季径流强、余流大、水龄小，冬季则相反；盐度、温度与叶绿素a分布均呈明显季节特征，夏季河口盐度更低、高值叶绿素a区向下游扩展，淇澳岛南侧叶绿素a峰值可达6.1μg·L-1；淇澳岛湿地水文-碳循环过程受潮汐与生物地球化学过程共同调控，光合固碳作用占主导。研究结果可为滨海湿地碳汇监测核算、水环境演变预测、生境修复、应对气候变化及碳中和目标提供科学依据。
研究亮点
本文基于FVCOM-ERSEM 耦合模型，构建多种因素驱动下珠江口淇澳岛滨海湿地水动力- 水环境耦合模型，阐明该区域红树林湿地植被碳汇过程及其对水动力和营养盐的响应机制。研究结果可为盐沼湿地蓝碳系统修复治理、水动力和水环境模拟预报、碳汇核算监测提供理论依据和技术支撑，并服务国家“双碳”与海洋强国战略目标。
模型构建
2.1 基于FVCOM 的滨海湿地水动力模型
Chen等（2013）构建了三维自由表面、非结构网格和有限体积海洋环流模型（FVCOM）。基于无结构三角形网格架构和有限体积法，FVCOM模型求解三维方程可满足质量和动量守恒，并拟合复杂的海岸线和地形，适用河口、海岸及近海区域的水动力与环境模拟，其模块化设计覆盖水动力、温盐、泥沙、生态等多个领域（Qi et al., 2009; 王维航等, 2025）。因此，本文基于FVCOM模型建立珠江口水流模型，并模拟珠江口风水动力的运动过程。
σ 坐标下动量、连续性、温度、盐度的方程式如下：
式中：u、v和w分别为水平x、y和垂直σ方向上的速度分量（m·s-1），t是时间（s），ρ0是参考密度（kg·m-3），P是空气和水的总压力（Pa），f是科氏力参数，q是非静水压力（Pa），g是重力加速度（m·s-2），Km和Kh分别是垂向涡粘系数和垂直扩散系数，Fu、Fv和Fw分别是水平x、y和垂直σ方向上的动量扩散项，FT和FS分别是热扩散项和盐度扩散项，Rx和Ry分别是波浪在水平x和y方向上导致的辐射应力，T和S分别是温度（℃）和盐度（psu）。
2.2 基于ERSEM 的滨海湿地水环境模型
欧洲区域滨海湿地生态系统模型（ERSEM）以碳、叶绿素a、磷酸盐、硝酸盐等生物地球化学要素为核心变量，通过构建和求解一组微分方程描述水体和底栖层生态系统营养盐迁移转化、生物群落替代等复杂生态过程（Butenschön et al., 2016）。本文基于ERSEM 模型，建立珠江口水质模型，水体中生物地球化学变量可以被看作是受对流和扩散影响的被动示踪剂，其控制方程公式为：
式中：Cpel是水质参数（包括温度、盐度、营养盐、DIC 等），Ah是水平垂直扩散系数，ΣBF 代表元素的地球生物化学通量。
2.3 滨海湿地水动力模型和水环境模型的耦合
水生生物地球化学模型框架（FABM,http://fabm.net）是基于Fortran2003的编程框架，通过标准化的接口协议，实现生物地球化学模型与水动力模型（如FVCOM、ROMS、NEMO等）的解耦。本文通过FABM框架完成珠江口FVCOM模型与ERSEM模型的动态耦合。在模型耦合过程中，FVCOM水动力模型与ERSEM水质模型分离，FVCOM水动力模型开展水体对流、扩散和时间积分等计算；ERSEM模型负责计算生物地球化学过程中生长、呼吸、死亡、排泄、沉降等源汇项，并反馈给FVCOM模型来模拟物质输运扩散过程，最终实现对生态系统动态的精细化模拟。
余流场季节变化分析
受季风气候影响，珠江口径流具有明显季节变化特征（图4）。河口中心河道流速相对较大，并向两岸减小。受河口上游狭窄岸界、地形较浅及径流等影响，余流速度大。冬、夏两季余流场结构基本一致，夏季余流更强。河口环流及分层现象冬季几乎遍及全域，夏季仅局限于下游。受环流影响，表层余流（>0m·s-1）流向海洋，底层余流（<0m·s-1）流向陆地。径流影响下，珠江口余流季节变化明显，冬、夏季淇澳岛均表现为向海余流，岛北侧、东侧和南侧流速均大于0.3m·s-1，西侧受陆地及岛屿影响，流速约0.1m·s-1。
水质季节变化分析
与夏季相比，珠江口冬季径流量减少，咸潮入侵加剧，盐度显著增加，淇澳岛海域盐度可达17.5~21.0psu（图5）。冬季水温自河口上游向外海逐步升高，外海最高可达22℃，淇澳岛海域为18.7~19.0℃；夏季水温分布则相反，上游高于外海，上游超32℃，海域水温约32℃。
冬、夏季表层叶绿素a的空间差异显著（图6）：冬季高值区面积较小、呈不规则带状，浓度值沿河道向外海先升高后降低；夏季高值区向下游迁移并显著扩展，浓度升高至峰值，淇澳岛南侧可达6.1μg·L-1。水温较高、海表面短波（太阳）辐射较强，促进浮游植物大量增殖，珠江口更易在夏季发生水华灾害。
湿地碳储量分析
本研究对淇澳岛红树林、芦苇湿地的温度、盐度、DIC等参数进行监测，结果表明：淇澳岛北侧滨海湿地呈明显半日潮特征，水体盐度与潮位高度相关。高潮位受外海影响较大，盐度可达20psu；低潮位受陆源冲淡水主导，盐度降至12~14psu（图7）。受地形影响，湿地内盐度低值较潮位低值约滞后2h，且高于离岸海域。离岸海域盐度变化与潮位基本一致，大潮周期内离岸海域平均盐度（15.82±2.84psu）低于湿地区域（红树林及芦苇湿地测站）（16.99±2.02psu），受珠江冲淡水影响较强。水温方面，离岸海域呈高潮位水温较高、低潮位水温较低的特征，并受太阳辐射升温的显著信号；湿地区域则相反，呈高潮位水温低、低潮位水温高趋势。湿地和离岸海域DIC主要受潮汐混合过程调控，在高潮位时低、低潮位时高；白天特别是午后时段的浮游植物和湿地植物光合固碳作用对其影响巨大，能将DIC转化为各种形态有机碳，显著降低DIC数值，固碳强度依次为：红树林湿地>芦苇湿地>离岸海域。
珠江口冬、夏季余流场结构基本一致，受径流驱动，淇澳岛水体更新季节差异显著，夏季径流量大、余流强、水龄小，冬季则相反；珠江口水质呈明显季节特征，夏、冬季盐度场空间分布均表现为外海高、河口低，夏季河口内盐度低于冬季；冬季河口水温低、外海高，夏季则相反；冬季叶绿素a高值区面积较小、呈不规则带状分布，夏季高值区向下游扩展，浓度随浮游植物生长而达峰值，淇澳岛南侧达6.1μg·L-1。淇澳岛湿地水域水文-碳循环相关参数受潮汐与生物地球化学过程共同调控，其中光合固碳作用影响最为显著，而潮汐驱动水团混合及水体本底呼吸等，也在区域碳循环中发挥重要基础作用。本研究可为滨海湿地环境水动力模拟、碳汇监测核算、湿地修复及固碳增汇措施提供科学参考。
