灣區時訊 近日，中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋環境國家重點實驗室（LTO）詹海剛研究團隊，聯合美國伍茲霍爾海洋研究所教授Dennis J. McGillicuddy Jr.，自然資源部第二海洋研究所研究員邢小罡，在海洋中尺度渦影響次表層浮游植物分布的研究方面取得新進展。相關成果以副研究員何慶友為第一作者，研究員詹海剛為通訊作者發表于Progress in Oceanography《海洋學進展》上。
浮游植物是海洋生態系統中最主要的初級生產者和固碳者，對維持海洋生態系統功能穩定性和促進全球碳循環有著重要作用，它的生長和分布受到海洋中尺度渦等動力過程的強烈影響。衛星觀測結果顯示，副熱帶流渦區反氣旋渦內海表浮游植物葉綠素濃度普遍高于氣旋渦內，明顯區別于其他海域。這引發了近年來關于中尺度渦如何影響該海域浮游植物生物量與初級生產力的學術爭論。
圖1. 生物地球化學浮標（BGC-Argo）追蹤觀測中尺度渦軌跡圖。圖中a為多年平均海表葉綠素濃度空間分布，b為反氣旋渦和氣旋渦內平均海表葉綠素濃度相對差異。北側浮標投放于反氣旋渦（AE）內，南側浮標投放于氣旋渦（CE）內。c和f中綠色線條為中尺度渦移動軌跡，黑色線條為浮標軌跡，填色為海表高度異常（SLA），箭頭為海表流速異常。d和g為渦中心（紅實線）和浮標所在位置（紅虛線）海表高度異常隨時間變化，黑線為浮標相對渦中心距離。e和h為浮標軌跡相對渦中心位置。
圖2. 同步觀測的氣旋渦（CE）和反氣旋渦（AE）內葉綠素（Chl）、浮游植物碳（CPhyto）、浮游植物碳比葉綠素（θ = CPhyto/Chl）和初級生產力（NPP）垂向分布隨時間變化。圖中黑色線條為混合層深度，青色線條為真光層深度。
研究團隊分析了同步投放于副熱帶東南印度洋的兩套生物地球化學浮標（BGC-Argo）數據（圖1）。這兩套浮標分別被投放于一個氣旋渦和一個反氣旋渦內，并對它們進行了3個月的追蹤觀測。觀測結果顯示，由冬入春期間，氣旋渦內混合層隨著近表層海水變暖而變淺至真光層以內，引發真光層底部浮游植物的快速積累，出現生物量和葉綠素濃度的次表層最大值層；近表層浮游植物則因混合減弱、光暴露增強造成浮游植物的光適應調整，導致海表葉綠素濃度降低（圖2）。相比之下，反氣旋渦阻礙了混合層的季節性變淺，渦內混合層一直深于真光層，浮游植物相對均勻地分布于混合層內。因此，盡管春季反氣旋渦內海表葉綠素濃度高于氣旋渦內，但其次表層和垂向積分的浮游植物生物量和初級生產力均低于氣旋渦內。對全球生物地球化學浮標數據的統計結果證實了這一現象在副熱帶流渦區的普遍性。這些研究結果表明，僅靠衛星遙感難以全面捕捉渦旋對浮游植物分布和生產力的影響，需要結合更多的現場生物地球化學垂向觀測，才能準確評估中尺度渦對海洋生產力和碳循環的影響。
該研究由國家重點研發項目、自然科學基金、廣東省自然科學基金和中國科學院青年創新促進會項目等共同資助完成。
相關論文信息：
Qingyou He, Dennis J. McGillicuddy Jr., Xiaogang Xing, Shuqun Cai, Weikang Zhan, Yinghui He, Jiexin Xu, and Haigang Zhan* (2023), Subsurface phytoplankton responses to ocean eddies can run counter to satellite-based inference from surface properties in subtropical gyres, Progress in Oceanography, 218, 103118, doi:10.1016/j.pocean.2023.103118.
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通訊員/付恬 王沐眾 徐曉璐
責任編輯/劉秀
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