基于遥感反演的叶绿素a动态变化探测近海营养盐的限制状态——以台风为例

作者:徐钰颖 发布日期:2022-11-22 阅读:1176

近日,我室与浙江大学联合培养的博士研究生徐钰颖在国际期刊Frontiers in Marine Science上发表了题为" Remote sensing and buoy based monitoring of chlorophyll a in the Yangtze Estuary reveals nutrient-limited status dynamics: A case study of typhoon "的研究论文,通讯作者为我室陈建裕研究员。

营养盐与悬浮沉积物共同影响近海水域浮游植物群落结构。确定不同环境的营养盐限制状态和形成限制原因对理解生态系统变化和解释原位数据具有重要意义。然而,营养盐作为非光学敏感物质还没有办法被大面积、长期的监测,尤其是在近海水域这种二类水体中。遥感方法是大范围观测海表叶绿素浓度的有效方法,营养盐浓度与叶绿素a浓度又有良好的相关性,因而我们认为可以设计一个基于遥感的方法来观察营养盐限制状态的变化。

在经典的Redfield范式中,16 mol N: 1 mol P被认为是浮游植物生长的最佳条件。因而我们认为营养盐限制可分为两类。一种是绝对营养盐限制状态,这通常发生在营养盐浓度较低的开阔海域,我们将处于这种营养盐限制状态的区域定义为ANL (Absolute Nutrient-Limited)区。另一种是相对营养盐限制状态,处于这种状态的区域被定义为RNL(Relative Nutrient-Limited)区。以长江口为例,这类区域位于123°E以西区域,营养盐浓度整体较高,但是比例与浮游植物的吸收比例不匹配从而限制浮游植物生长。如图1所示,台风导致的物理化学环境的变化会使得营养盐限制状态变化,从而影响到该水域叶绿素的变化。反过来,叶绿素的浓度和日变化情况也可用来确定营养盐状态的变化。

图1 台风前(A)、台风期间(B)和台风后(C、D、E)营养状况变化示意图。其中,(C,D)表示台风经过后短时间内可能出现的两种状态,(E)表示台风通过后一段时间后的状态。.png

图1 台风前(a)、台风期间(b)和台风后(c、d、e)营养状况变化示意图。其中,(c,d)表示台风经过后短时间内可能出现的两种状态,(e)表示台风通过后一段时间后的状态

以长江口附近水域为例,长江口位置水域常年处于富营养化,可被视为RNL状态。台风会使得该水域水体浊度增加,因而不利于浮游植物的生长。而离岸较远的海域可视为是ANL状态,台风引起的垂直混合和上升流可以将较深层的叶绿素抬升到表层,并将中间深度的营养物质带入真光带,促进浮游植物群落和初级生产。当水体恢复到分层状态时,这些区域恢复到原来的营养有限状态。从分析结果来看,我们认为台风过后ANL区域叶绿素浓度和日变化均升高,可能是该区域的ANL状态转为低ANL状态或者是RNL状态。

将台风前5天,台风期间3天,台风后5天取均值,能得到图2所示结果。以123.5°为分界线,台风经过前后与我们分析的内容一致,RNL和ANL区域的结果变化存在明显差异。在过渡区,台风引起的强垂直混合和上升流卷起沉积物,营养物质被带到上层水体中,导致叶绿素a浓度增加,日变化增加。也就是原来的ANL区域会变成低ANL状态或RNL状态。其中,图像东南角多为低ANL状态,东北角可能转为RNL状态。

图2. 台风Danas(2019)经过前中后时期GOCI反演的叶绿素浓度(b)和日变化(c) 的空间分布.png

图2. 台风Danas(2019)经过前中后时期GOCI反演的叶绿素浓度(b)和日变化(c) 的空间分布。其中,(a)为台风轨迹

本项研究得到卫星海洋环境动力学国家重点实验室自主课题(SOEDZZ2203)资助。

引用:

Xu, Y., and Chen, J. (2022) Remote sensing and buoy based monitoring of chlorophyll a in the Yangtze Estuary reveals nutrient-limited status dynamics: A case study of typhoon. Frontiers in Marine Science,  9, 1017936. doi: 10.3389/fmars.2022.1017936

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