南黃海中部春季浮游植物水華過程與物理環(huán)境的關系初探.pdf

1、水華是浮游植物生物量和生產(chǎn)力快速積累的過程。中緯度海區(qū)一年兩次的水華對海洋食物網(wǎng)以及海洋生態(tài)系統(tǒng)的維持具有重要意義。對春季水華過程及其影響因素的研究,有助于提高對我國近海生態(tài)系統(tǒng)食物產(chǎn)出的關鍵過程的認識。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,這與普遍認為的層化加強,上混合層淺于浮游植物生長臨界深度是水華發(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。2007年及2009年春季,課題組

2、參與973項目“我國近海生態(tài)系統(tǒng)食物產(chǎn)出的關鍵過程及其可持續(xù)機理”組織的南黃海浮游植物水華及背景場多學科綜合調(diào)查。其間發(fā)現(xiàn)水華的生消過程與天氣狀況密切相關,水華發(fā)生的時間地點與天氣形勢恰好吻合。我們提出,春季風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)值模型對此科學假設進行確證。首先通過處理并分析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連續(xù)站的RBR-CTD實測資料,對該

3、海區(qū)溫度、鹽度、密度、葉綠素濃度等要素進行了研究。并通過計算得到了Thorpe尺度、.PEA(位能異常)及浮性頻率,對2009年春季南黃海湍流混合特征進行了探討。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。隨著季風轉(zhuǎn)向,風速減小,同時海表面迅速升溫,層化加強,此時浮游植物迅速生長。隨后,通過分析2003年至2010年,1月到5月的SeaWiFS/MODIS葉綠素濃度、QuikSCA

4、T散射計風場、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,并提出了一個判斷春季初級生產(chǎn)力高低的指標。結(jié)果表明:南黃海中部,水溫絕對值對春季浮游植物水華觸發(fā)的影響較小,而海表面風速和凈熱通量對其具有顯著影響;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;水華前風速小于5 m/s持續(xù)的時間越長,其后出現(xiàn)的葉綠素濃度高

5、峰值越大,春季累積的初級生產(chǎn)力也越高。最后,本文利用無結(jié)構網(wǎng)格的有限體積三維海洋模型FVCOM,在已知大氣強迫下模擬了渤黃海溫鹽場、湍動能場與環(huán)流場,并進行了分析。通過溫鹽剖面計算了PEA場,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。另外通過改變大氣強迫下的兩組模擬實驗,證明了春季風速減小與海表面升溫均能減弱水體次表層的湍混合,且春季風速減小的影響更加顯著。本文證明了春季風速減小和海表面迅速升溫,造成水體穩(wěn)定性升高