西北太平洋上层海洋结构决定台风引起的叶绿素浓度响应

供稿:蒋悦 王云涛 发布日期:2023-05-19 阅读:662

近日,我室海洋生态观测与模拟团队在国际知名期刊Geophysical Research Letters上发表了题为“Upper ocean structure determines the contrasting typhoon-induced chlorophyll-a responses in the northwest Pacific”的研究成果。第一作者为我室硕士研究生蒋悦,通讯作者为我室王云涛研究员,合作者包括上海交通大学田新亮教授、厦门大学柴扉教授和我室林生博士后、陈双玲副研究员、硕士研究生于建民。

论文利用2002年9月-2019年8月西北太平洋共记录的476个台风,对应12,259个台风数据点(图1),结合卫星遥感的海表温度和叶绿素资料,获取了台风易发生区域的海洋环境特征和台风分布规律。

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图1 (a)研究区域气候态平均的叶绿素分布和海温等值线; (b)气候态平均的混合层深度和累积距离台风中心小于300公里频数的等值线; (c)西北太平洋台风的轨迹图,台风强度由低(C1)至高(C6); (d)台风移动方向和移速的统计平均。

通过对台风特征、上层海洋结构特征的合成分析,文章进一步探究了影响海洋响应强度的因素。研究发现高强度、低移速的台风能够驱动更为显著的温度和叶绿素响应(图2)。此外,台风前的海洋环境在决定海洋响应中起主导作用。在台风前混合层深度较浅的地方,海表冷却通常较强(图2c)。

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图2 台风驱动的海表(a/b/c)温度异常(ΔSST)和(d/e/f)叶绿素异常(ΔChl-a)与台风特征和海洋环境的关联性,采用线性回归分析与(a/d)台风风速、(b/e)移动速度和(c/f)混合层深度(MLD)之间的关系。实点表示每个区间的平均值,阴影表示相应的标准差。实线(虚线)表示线性回归在95%置信水平上显著(不显著)。

上层叶绿素a的响应强度高度依赖于上层海洋结构和台风所带来的动力作用,即台风到达前上层海洋的混合层深度和台风所引起的混合深度(图3)。台风诱发的风应力旋度在海洋内部产生垂向混合和上升流,导致混合层加深。当台风驱动的混合突破了原有的混合层深度时,能够为上层海洋提供高营养水体,促进浮游植物生长,叶绿素显著增加。

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图3 基于台风驱动混合深度(Zmixing)与台风前上层海洋混合层深度(MLD)之间的关系,划分为两类情况:(a/c/e) Zmixing < MLD和(b/d/f) Zmixing > MLD,分析在两类情况下ΔChl-a与(a/b) Zmixing、(c/d)风速、(e/f)移动速度的关联性。实点表示每个区间内台风点对应ΔChl-a的平均值,阴影表示相应的标准差。实线(虚线)表示线性回归在95%置信水平上显著(不显著)。

本研究运用统计方法,证实了不同台风引起海洋叶绿素差异的机制、定量评估了台风对上层海洋的影响特征,得出结论上层海洋垂向结构是决定海洋响应强度的重要因素。该研究可以利用台风特征和海洋环境特征预测海气相互作用的强度,并在全球范围探讨不同海域的海洋对台风的响应。

论文引用:

Jiang, Y., Wang, Y.*, Tian, X., Lin, S., Chen, S., Yu, J., & Chai, F. (2023). Upper ocean structure determines the contrasting typhoon-induced chlorophyll-a responses in the northwest Pacific. Geophysical Research Letters, 50, e2023GL102930. https://doi.org/10.1029/2023GL102930.

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