赤道印度洋中部浮游植物生物量的季节变化特征及机制研究

作者:胡启伟 发布日期:2022-10-11 阅读:1068

近日,我室与上海交通大学联合培养的博士研究生胡启伟在国际期刊Journal of Geophysical Research: Oceans上发表了题为" Seasonal Variability of Phytoplankton Biomass Revealed by Satellite and BGC-Argo Data in the Central Tropical Indian Ocean " 的研究论文,合作者包括我室陈小燕博士、何贤强研究员、白雁研究员、龚芳高级工程师、朱乾坤正高级工程师、潘德炉研究员以及中科院南海海洋研究所博士研究生钟卿文。

海洋浮游植物光合作用产生的有机碳在海洋生物碳泵中起着至关重要的作用。深入理解海洋碳汇,需要对海洋真光层内浮游植物生物量进行研究和科学评估。近几十年来随着海洋水色卫星的发展,海洋水色数据已经很好揭示了海洋表层浮游植物生物量的时空变化。然而,卫星获取的叶绿素a 浓度(Chl a)仅能表征真光层内浮游植物生物量总含量的五分之一左右,不能反映海面以下浮游植物生物量的变化,特别是在存在次表层叶绿素最大值层(Subsurface Chlorophyll Maximum Layer, SCML)的热带海洋。因此,为了更好地评估海洋碳汇,浮游植物生物量的估算必须扩展到整个真光层。

图 1 (a)BGC-Argo轨迹分布图;(b) BGC-Argo获取的 Chl a剖面位置分布图(黄色点).png

1 aBGC-Argo轨迹分布图;(b) BGC-Argo获取的 Chl a剖面位置分布图(黄色点)

 

本研究针对热带印度洋中部海域(75°-90°E, 0°-5°N;图1中的红色矩形),综合利用卫星和BGC-Argo数据发现浮游植物生物量在近表层(0 ~ 10 m)和次表层(50 ~ 100 m)表现出明显的差异甚至相反的变化(图2)。研究结果表明,混合层和温跃层深度的变化共同控制了该海域不同深度层浮游植物生物量的季节变化(图 2)。在混合层内,2 - 5月,海水层化很强,混合层深度(MLD)较浅,尽管存在强上升流,但是无法将营养盐输送到混合层,导致浮游植物生物量较低(Chl a <0.1 mg m-3)。在6 - 10月,风应力增强和表面冷却导致了垂直混合加强(MLD > 50 m),从而增加了次表层的营养盐和浮游植物的向上垂向输运,显著提高了混合层内浮游植物生物量 (Chl a > 0.2 mg m-3)。随着风应力的减弱,次表层的营养盐和浮游植物的向上垂向输运随之减弱,11月-次年1月混合层内浮游植物生物量也随之逐渐降低。在混合层以下,风致Ekman抽吸调节了温跃层的深度,显著影响了次表层浮游植物生物量(图 2&3)。2 -3月,强上升流导致温跃层抬升,促进了营养盐的向上输运,从而为次表层浮游植物的生长 (Chl a >0.5 mg m-3)提供了有利条件,形成了显著的SCML。相反的是,6 - 7月强下降流导致温跃层加深,进一步加剧了次表层的寡营养盐环境,导致次表层浮游植物生物量显著降低, SCML也基本消失(图 2&3)。本研究结果有助于解释在未来气候变化情景中真光层中浮游植物对多种大气和物理强迫因子的响应,同时对于科学认知浮游植物生物量的变化趋势具有重要意义。

 图 2 研究区域浮游植物生物量季节变化三维结构特征.png

2 研究区域浮游植物生物量季节变化三维结构特征

 图3. 赤道印度洋中部区域浮游植物的季节变化以及影响机制示意图.png

3. 赤道印度洋中部区域浮游植物的季节变化以及影响机制示意图。

 

引用:

Hu, Q., Chen, X., He, X., Bai, Y., Zhong, Q., Gong, F., et al. (2022). Seasonal variability of phytoplankton biomass revealed by satellite and BGC-Argo data in the central tropical Indian Ocean. Journal of Geophysical Research: Oceans, 127, e2021JC018227. https://doi.org/10.1029/2021JC018227



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