副热带环流区叶绿素次表层极大值深度的驱动机制

供稿:邢小罡 发布日期:2023-11-27 阅读:297

副热带环流区占全球海洋面积的26%-29%,在全球碳循环过程中扮演重要的角色,同时具有巨大的海洋碳汇潜力。副热带环流区的典型生态特征是海洋上层常年存在的强烈层化以及全球海洋最深的叶绿素次表层极大值(SCM)。然而,由于现场观测数据的限制,SCM深度的驱动机制目前存在很大的争议:一方面,在大部分寡营养水体中,SCM通常表现为营养盐驱动的特征,即SCM深度或是出现在营养盐跃层深度(znit)处,或是与znit存在很强的相关性;另一方面,研究发现在一些副热带环流区中,SCM表现为光驱动特征,即SCM深度跟随等光照深度(ziso)变化。

本研究利用全球五大副热带环流区中10台BGC-Argo浮标的长期观测数据(图1),发现虽然在大部分环流区中SCM深度的季节变化表现为光驱动特征,但当营养盐跃层深度(znit)浅于等光照深度(ziso)时,则转换为营养盐驱动特征。而前人观测已表明,大洋水体中SCM水层内占主导的藻种类型为原绿球藻与真核藻类。基于此,本研究针对寡营养水体SCM深度的驱动机制,提出了一种新的解释——双种群竞争模型(图2):营养盐跃层深度(znit)与等光照深度(ziso)的相对位置,决定了次表层水体的生态位。当znit浅于ziso时,环境更适于真核藻类的生长,由于真核藻类对营养盐变化更加敏感,导致SCM的深度不仅主要受真核藻类的调控,还表现出营养盐驱动的特征;反之,当ziso浅于znit时,环境更适于原绿球藻的生长,由于原绿球藻对光照变化更加敏感,导致此时SCM的深度不仅主要受原绿球藻的控制,还表现出光驱动特征。双种群竞争模型调和了前人研究中相互争议的结论,为副热带环流区SCM深度的驱动机制提供了一个更为合理的解释

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图1 五个副热带环流区(六个区域包括西北太平洋环流区、东北太平洋环流区)观测的混合层深度(MLD)、营养盐跃层深度(znit)、等光照线深度ziso)和叶绿素次表层极大值深度(zSCM)的季节变化特征。

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图2 双种群竞争模型:(a)原绿球藻主导型SCM(光驱动特征)、(b)真核藻类主导型SCM(营养盐驱动特征)。DV-Chla和Euk-Chla分别代表原绿球藻和真核藻类对总叶绿素TChla的贡献。


该研究成果于2023年11月发表于地学领域国际知名期刊Geophysical Research Letters,我室邢小罡研究员与厦门大学修鹏教授为论文的共同第一作者,邢小罡研究员与厦门大学柳欣教授为论文的共同通讯作者,其他合作者包括路易斯安那州立大学Edward Laws教授、海洋二所硕士研究生杨郭以及厦门大学柴扉教授,论文体现了多学科交叉的研究特色。本研究由国家自然科学基金(41890805、92258302、42122044)与国家重点研发计划项目(2022YFE0136600)共同资助。

论文引用:Xing, X., Xiu, P., Laws, E. A., Yang, G., Liu, X., & Chai, F. (2023). Light-driven and nutrient-driven displacements of subsurface chlorophyll maximum depth in subtropical gyres. Geophysical Research Letters, 50, e2023GL104510.



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