南黃海中部春季浮游植物水華過(guò)程與物理環(huán)境的關(guān)系初探.pdf

1、水華是浮游植物生物量和生產(chǎn)力快速積累的過(guò)程。中緯度海區(qū)一年兩次的水華對(duì)海洋食物網(wǎng)以及海洋生態(tài)系統(tǒng)的維持具有重要意義。對(duì)春季水華過(guò)程及其影響因素的研究,有助于提高對(duì)我國(guó)近海生態(tài)系統(tǒng)食物產(chǎn)出的關(guān)鍵過(guò)程的認(rèn)識(shí)。多年的調(diào)查表明,南黃海中部春季水華均發(fā)生在黃海季節(jié)層化出現(xiàn)之前,這與普遍認(rèn)為的層化加強(qiáng),上混合層淺于浮游植物生長(zhǎng)臨界深度是水華發(fā)生的前提不符。因此找到陸架淺海另一種普適的水華發(fā)生判據(jù)是本研究面臨的任務(wù)。2007年及2009年春季,課題組

2、參與973項(xiàng)目“我國(guó)近海生態(tài)系統(tǒng)食物產(chǎn)出的關(guān)鍵過(guò)程及其可持續(xù)機(jī)理”組織的南黃海浮游植物水華及背景場(chǎng)多學(xué)科綜合調(diào)查。其間發(fā)現(xiàn)水華的生消過(guò)程與天氣狀況密切相關(guān),水華發(fā)生的時(shí)間地點(diǎn)與天氣形勢(shì)恰好吻合。我們提出,春季風(fēng)速減小和海表面迅速升溫,造成水體穩(wěn)定性升高,是誘發(fā)南黃海中部水華暴發(fā)的重要因素。本文擬以數(shù)值模型對(duì)此科學(xué)假設(shè)進(jìn)行確證。首先通過(guò)處理并分析2009年春季南黃海水華航次的在大面站、水華追蹤站以及兩個(gè)連續(xù)站的RBR-CTD實(shí)測(cè)資料,對(duì)該

3、海區(qū)溫度、鹽度、密度、葉綠素濃度等要素進(jìn)行了研究。并通過(guò)計(jì)算得到了Thorpe尺度、.PEA(位能異常)及浮性頻率,對(duì)2009年春季南黃海湍流混合特征進(jìn)行了探討。結(jié)果表明,2009年春季南黃海在海表面升溫前主要由鹽度控制,葉綠素高值區(qū)主要分布在近岸以及黃海南部。隨著季風(fēng)轉(zhuǎn)向,風(fēng)速減小,同時(shí)海表面迅速升溫,層化加強(qiáng),此時(shí)浮游植物迅速生長(zhǎng)。隨后,通過(guò)分析2003年至2010年,1月到5月的SeaWiFS/MODIS葉綠素濃度、QuikSCA

4、T散射計(jì)風(fēng)場(chǎng)、NCEP/NCAR再分析海表面凈熱通量以及AVHRR海表面溫度資料,研究多種物理因素對(duì)南黃海中部春季浮游植物水華觸發(fā)的影響,并提出了一個(gè)判斷春季初級(jí)生產(chǎn)力高低的指標(biāo)。結(jié)果表明:南黃海中部,水溫絕對(duì)值對(duì)春季浮游植物水華觸發(fā)的影響較小,而海表面風(fēng)速和凈熱通量對(duì)其具有顯著影響;葉綠素濃度高峰值一般出現(xiàn)在海表面風(fēng)速小于5 m/s且海洋獲得的凈熱通量持續(xù)為正3-5天之后;水華前風(fēng)速小于5 m/s持續(xù)的時(shí)間越長(zhǎng),其后出現(xiàn)的葉綠素濃度高

5、峰值越大,春季累積的初級(jí)生產(chǎn)力也越高。最后,本文利用無(wú)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的有限體積三維海洋模型FVCOM,在已知大氣強(qiáng)迫下模擬了渤黃海溫鹽場(chǎng)、湍動(dòng)能場(chǎng)與環(huán)流場(chǎng),并進(jìn)行了分析。通過(guò)溫鹽剖面計(jì)算了PEA場(chǎng),發(fā)現(xiàn)其20 J/m3等值線可以作為春季南黃海中部水華發(fā)生的指標(biāo)。另外通過(guò)改變大氣強(qiáng)迫下的兩組模擬實(shí)驗(yàn),證明了春季風(fēng)速減小與海表面升溫均能減弱水體次表層的湍混合,且春季風(fēng)速減小的影響更加顯著。本文證明了春季風(fēng)速減小和海表面迅速升溫,造成水體穩(wěn)定性升高