基于BGC-Argo浮标观测的南海海盆浮游植物季节变化特征及对台风远场响应研究

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南海是西太平洋最大的边缘海,其内部海盆为典型的寡营养海区。目前有大量研究基于船载或遥感观测数据分析了南海海盆浮游植物季节变化特征或对台风过程的响应,然而这些观测普遍存在时间或垂直分辨率不足的缺陷。此外,之前研究都把叶绿素a浓度(Chla)当作浮游植物生物量的唯一指标,忽略了浮游植物生理状态调整对Chla变化的影响。基于投放在南海海盆的两套BGC-Argo浮标观测数据,本文从垂直分布的角度分析南海海盆浮游植物季节变化特征及其机制,分析浮游植物光适应性调整过程对Chla变化的影响,分析台风远场效应对浮游植物的影响。此外,基于航次现场观测数据,分析了南海海盆颗粒物生物光学关系。在寡营养海区,颗粒物后向散射系数(bbp)与颗粒有机碳(POC)及浮游植物碳生物量(Cphy)之间的经验关系研究较少。基于南海海盆现场观测数据,建立了 POC(及Cphy)与bbp的区域生物光学关系,并探讨了浮游植物群落组成和粒级对bbp变化的影响。结果表明:1)POC(及Cphy)与bbp有着良好的线性关系;2)Cphy与POC的关系也可以用线性关系来描述并且存在正的POC截距,非浮游植物颗粒对POC的贡献占主导地位,浮游植物对POC的贡献随着浮游植物含量增大而增大;3)POC定比颗粒物后向散射系数(b*bp)和浮游植物绝对量不存在显著相关,但和定鞭藻-8型和硅藻类群对总Chla贡献成正相关,和pico-型浮游植物对总Chla贡献成负相关,这表明在寡营养海区,b*bp变化主要依赖于结构比较复杂的大粒径浮游植物,这同经典米散射理论预测结果相反。分析了南海海盆浮游植物季节变化特征。1)在北部海盆,浮游植物水柱积分总量在冬季最高,出现藻华现象,在其它三个季节变化较弱;在中部海盆,浮游植物总量季节变化特征不显著。浮游植物总量是否增长主要取决于底层营养盐是否被带到海洋上层来。2)在北部海盆,冬季藻华期间表层Chla较高是颗粒物垂直再分布的物理过程、营养盐补充促进浮游植物生长的生态过程和光适应性生理状态调整三个过程共同作用的结果。在中部海盆,表层Chla增长主要是混合层加深导致平均光照降低引起的浮游植物光适应性生理状态调整导致的。3)在层化水体,Chla垂直分布在季节尺度上主要为低频的光驱动,但在一些高频过程(如涡旋)受到物理过程调制。台风Rammsun(2014)经过南海海盆,一套投放在台风路径左侧200 km处的BGC-Argo浮标很好地记录了台风的远场效应对上层海洋浮游植物的影响。在台风经过浮标和过后5天的两个阶段,表层Chla和bbp都有不同程度增长,但是150m内总量却几乎没有变化。在台风影响的远场区域,表层浮游植物增长主要是颗粒物垂直再分布的物理过程造成的,并非营养盐有效补充促进浮游植物生长的生态过程造成的。第一次增长是由于台风向海洋输入了大量能量,增大了混合层深度,将次表层浮游植物夹卷到了海洋上层。第二次增长是由于台风过后,上层海洋绝热准地转调整(斜压过程)抬升了温跃层,进而抬升了次表层颗粒物。这不同于前人研究,从垂直观测角度得到了上层海洋对台风过程响应的新理解。
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