低营养层浮游生物的生态动力过程对环境变化的响应非常敏感。随着全球气候变化加剧,北冰洋正在经历快速的环境变化。厘清北冰洋初级生产的季节变化与浮游生物群落的季节演替,以及上述过程对北极海区海洋-海冰环境变化的响应,是全面理解北极生态系统变化的重要一环。基于此,本文构建了中等分辨率的海洋-海冰-生物地球化学循环模型(NAPA-BGC),并对北大西洋-北冰洋-北太平洋的海洋-海冰环境要素、初级生产与浮游生物群落结构的时空变化特征进行了后报模拟。通过与观测数据的比较表明,本研究所构建的NAPA-BGC模型重现了北冰洋海冰的季节与年际变化规律;能够较为准确地刻画出太平洋和大西洋入流对北冰洋营养盐浓度分布与结构的影响;抓住了白令海、楚科奇海以及格陵兰岛与挪威之间海域高叶绿素浓度的特征。利用该模型结果,本研究进一步分析了北冰洋初级生产的季节变化特征与浮游生物群落季节演替过程,并对1998年和2012年低营养层生态系统所表现出的差异进行了初步探讨,所得结论如下:(1)北冰洋表层叶绿素浓度的峰值主要出现在5月,且太平洋一侧叶绿素浓度高于大西洋一侧;随着海水层化,表层受营养盐限制的海区呈现次表层叶绿素浓度最大值(SCM)现象,且由陆架向海盆SCM层逐渐加深;9月,叶绿素浓度高值重回水体上层,太平洋一侧海区表层叶绿素浓度呈现较为明显的次峰值。此外,2012年与1998年相比,SCM层出现加深的现象,这主要是由于营养盐跃层处营养盐浓度下降引起的。(2)由于太平洋和大西洋入流营养盐浓度及结构的不同,北冰洋表层浮游生物群落结构存在明显空间差异。太平洋一侧,硅藻和中型浮游动物占优,硅藻在春、秋季出现生物量峰值,微型浮游植物在春、夏季维持相对较高生物量;而大西洋一侧,在早春-春末夏初-夏秋经历了微型-硅藻-微型浮游植物的演替,总体为微型浮游植物和微型浮游动物占优。两侧海区浮游动物浓度峰值相较浮游植物滞后约半月。2012年,楚科奇海春季浮游植物(尤其是硅藻)水华的启动时间相较于1998年有所提前,两者的差别主要由光合作用有效光强的差异引起。(3)与1998年相比,2012年北冰洋总初级生产有所增加。一方面是由于2012年海冰面积明显偏少,使其具有较多的开阔水域以供浮游植物生长;另一方面,2012年水温整体偏高,使得浮游植物的生长率整体高于1998年,对总初级生产的增加有正贡献。在整个生长季,2012年微型浮游植物和硅藻的初级生产相较于1998年都有增加,但两者并非同时增加,而是存在明显的错峰现象。2012年早春,由于营养盐与光照条件均优于1998年,硅藻初级生产的增量首先出现峰值,待营养盐消耗后,微型浮游植物的增量呈现高峰。7月至10月间,2012年总初级生产的增加主要由微型浮游植物贡献,该贡献在8月份达到最高值,而此时,两年的硅藻初级生产相当,表明2012年夏季微型浮游植物占比高于1998年,这与夏末时期观测所发现的北冰洋浮游植物呈现小型化趋势一致。