台风对副热带海区生态系统影响的BGC-Argo前沿观测

发布日期:2021-03-29 阅读:2518

近日,我室海洋生态环境观测与模拟团队在国际期刊Biogeosciences上发表了题为“A limited effect of sub-tropical typhoons on phytoplankton dynamics”的论文,利用BGC-Argo垂向剖面的观测结果,证实了台风对海洋浮游植物初级生产的影响非常有限,提升了对台风引起上层海洋响应的科学认识。


图1 台风路径及引起的(左)温度和(右)叶绿素变化


台风能够引起西北太平洋强烈的海气相互作用,在海洋环境变化中扮演非常重要的角色。由于台风过境导致的上层海洋剧烈混合,台风后海表温度显著降低(图1a);与此同时,台风常伴随海洋的生态响应,表现为海表叶绿素浓度的升高(图1b)。由于台风期间极端的天气条件与恶劣海况极大地限制了现场实测数据的获取,以往对于台风引起海洋生态系统响应的研究主要基于卫星遥感观测。过往研究通常发现叶绿素浓度在台风过境后出现显著升高,因此归因于台风引起的混合与上升流将营养盐带入真光层,供给浮游植物生长。

基于实验室在西北太平洋布放的BGC-Argo剖面浮标观测结果(图2),台风经过贫营养海区时,由于营养盐跃层较深,引起的垂直混合与上升流并不足以对上层海洋补充营养盐,而混合作用却可以直接导致浮游植物在垂向上的重新分配:将次表层高叶绿素带入表层,从而增加海表叶绿素浓度;伴随着次表层叶绿素浓度的降低,混合过程并未影响到海洋上层浮游植物的总生物量。台风过境后,由于表层的低营养盐并不能继续支持这些浮游植物的生长,表层叶绿素浓度迅速降低;而次表层由于营养盐的持续供给,再次形成明显的叶绿素极大值层。


图2 台风前后(上)BGC-Argo观测剖面、(下)BGC-Argo表层观测与遥感对比的(左)温度和(右)叶绿素分布和变化特征


本研究基于BGC-Argo移动平台的现场观测,证实此次台风对于贫营养海区生态系统的作用主要是影响温度和浮游植物的垂向再分配,导致表层温度降低、叶绿素增高,同时伴随次表层温度升高、叶绿素降低(图3)。观测结果中并未显示真光层输送营养盐,从而增加浮游植物生物量。本文因此提出,前期针对气候变化背景下台风可能引起的生态效应可能在一定程度上存在高估,自动化移动观测平台的使用为提升对海洋生态动力过程的科学认识提供了重要的技术支持。


图3 台风引起上层海洋温度和叶绿素响应的概念图


引用:Chai, F., Y. Wang, X. Xing, Y. Yan, H. Xue, M. Wells, E. Boss (2021), A limited effect of sub-tropical typhoons on phytoplankton dynamics. Biogeosciences, 18(3), 849-859.


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