阿拉伯海温度锋面的特征及其对叶绿素的影响研究

发布日期:2021-04-12 阅读:2478

近日,我室王云涛等在国际期刊Journal of Marine Systems发表文章,详述了阿拉伯海区域温度锋面的季节和年际变化特征,驱动锋面形成和变化的动力因素,以及锋面对海洋叶绿素的调控作用。文章合作者包括马文涛副研究员、周锋研究员等。


海洋锋面作为海洋中最具代表性的中尺度动力过程之一,对于海洋的物理生态环境具有重要影响,是开展区域动力过程、海气相互作用、生态系统研究的基础。本研究利用卫星遥感数据和前期研发的锋面检测算法,实现了对每日海表温度锋面的定位,进而得到每月的锋面频率,从而实现对锋面特征的分析。多年平均的温度梯度、锋面频率、叶绿素浓度(图1)结果显示,近岸具有丰富的动力过程,伴随较高的温度梯度、锋面活动和叶绿素浓度,风场驱动的夏季上升流是影响该海域动力和生态过程的重要因素之一。


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图1. 阿拉伯海区域多年平均的(a)海表温度梯度、(b)锋面频率、(c)叶绿素和风场


利用EOF分析可以发现,锋面的季节性变化贡献了超过50%的锋面变化特征(图2),与全球其他典型的上升流区域锋面季节性变化的贡献相比较,加州区域为15%、秘鲁海域为13%、南海越南上升流区为19%,由此可见阿拉伯海域的季节性变化占据明显的主导地位。锋面主要集中在索马里半岛近岸区域,并向半岛东北方向延伸,季节特征上呈现出在夏季6月到9月之间达到一年中峰值。该时段印度洋夏季风盛行,在西南风的作用下,近岸产生上升流,将次表层的冷水带至表层,驱动了锋面的产生。同时,由于岛屿的阻碍,原先的沿岸流由岸边剥离,形成一个反气旋式的流场,流场和锋面向远岸延伸。在夏季风减弱或消失的时间,锋面变化显著降低。


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图2. 锋面EOF第一模态的(a)空间特征和(b)时间规律


在锋面区域不同特征的水团相互作用,导致营养盐等成分的聚集,叶绿素呈现增长的特征,通过时间序列分析,本研究进一步探究了驱动锋面产生的近岸风场与叶绿素的关联(图3)。在整个海域近岸风场与叶绿素的时间序列普遍存在正相关关系,特别是在上升流区域两者生成后的相关系数能够达到0.7以上。由于叶绿素的生长和锋面的迁移均需要一定的时间,因此需要计算两者之间的滞后关系。通过分析当两者达到最大相关性时的时间差异,结果显示在近岸上升流区域,风场较叶绿素提前不超过一个月,即风场驱动锋面产生后叶绿素在较短的时间内响应增加,随着距离的增加,两者间的时间滞后性也随之增加,在1000公里以外的海域两者间甚至可能出现半年以上的滞后关系。

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图3. 近岸风场与不同位置叶绿素时间序列的(a)最大相关系数和(b)达到最大相关时风场变化领先叶绿素的月份数


通过聚焦阿拉伯海域的锋面过程及其生态影响,为刻画区域物理生态特征的季节性和年际变化提供了科学依据,对全球最典型的风生上升流区域提供了动力过程与生态响应的直接证据。本研究由中国科学院先导专项、赤道东印度洋和孟加拉湾海洋与生态研究计划(JAMES)、国家自然科学基金等资助。


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引用:

Wang, Y., Ma, W., Zhou, F., & Chai, F. (2021). Frontal variability and its impact on chlorophyll in the Arabian Sea. Journal of Marine Systems, 218, 103545.


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