LTO研究團隊利用BGC-Argo浮標揭示北太平洋副熱帶流渦區中尺度渦旋的生態影響
中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋環境國家重點實驗室（LTO）研究員修鵬與自然資源部第二海洋研究所研究員柴扉合作，利用生物地球化學浮標（BGC-Argo）數據揭示了北太平洋副熱帶流渦區（NPSG）中尺度渦旋對浮游植物、顆粒物以及溶解氧垂向分布的影響。相關成果近日發表在《Geophysical Research Letters》（《地球物理研究快報》）上。
全球表層海洋面積約30%為低生物量的寡營養鹽海域，通常稱為“海洋荒漠”。盡管單位面積的生產力很低，然而海洋荒漠面積巨大，故而對全球海洋碳循環具有潛在的重要貢獻。NPSG是全球最大的海洋荒漠區之一，其表層營養和葉綠素濃度極低，垂向營養鹽躍層較深。海洋中尺度渦旋被認為是這種海區上層海洋生態系統營養供給的一條重要途徑。然而由于海洋荒漠區遠離大陸，現場觀測數據缺乏，基于衛星遙感的研究多局限于海洋表層，人們對中尺度渦旋在海洋荒漠區生態影響的認識非常有限。
本研究利用具有連續觀測能力的BGC-Argo浮標對NPSG內的多個中尺度氣旋渦和反氣旋渦進行了追蹤和分析。研究發現，中尺度渦旋能夠顯著影響該海區葉綠素次表層最大值（SCM）的分布，然而其與海表層葉綠素濃度的相關性并不顯著。渦旋對SCM的影響主要是由于其對次表層營養鹽濃度的調節，進而導致浮游植物量的變化。
研究人員利用浮標攜帶的光學和化學探頭，研究發現受渦旋影響的SCM的變化，會導致水體內顆粒物濃度的變化。顆粒物的下沉和再礦化進一步影響了水體內的溶解氧（DO）濃度，特別是對于溶解氧濃度最小值區域（OMZ）。通過計算表觀耗氧量（AOU）與SCM相關關系的垂向分布，研究再現了前人提到的σθ =24-25密度面之間的顯著相關區，同時還發現了σθ =26.9-27.2密度面之間的顯著相關區（圖1）。第一個顯著相關區位于真光層內，體現了渦旋內部SCM的變化與光合作用的關系。第二顯著相關區則位于OMZ上方，可能體現了大顆粒物被浮游動物破碎為小顆粒物并礦化的過程。
本研究為海洋荒漠區中尺度渦旋調控生態過程提供了證據，也表明在全球變化的背景下，中尺度渦旋強度和數量的潛在變化對全球尺度海洋溶解氧含量的影響不容忽視。本研究由國家重點研發計劃、國家自然科學基金、南方海洋科學與工程廣東省實驗室（廣州）重大專項核心團隊項目等項目共同資助完成。
相關論文信息：Xiu, P., and F. Chai, 2020, Eddies affect subsurface phytoplankton and oxygen distributions in the North Pacific Subtropical Gyre, Geophysical Research Letters, 47, e2020GL087037. https://doi.org/10.1029/2020GL087037
圖1 （a）BGC-Argo軌跡上的溶解氧濃度的垂向分布。（b）BGC-Argo經過反氣旋（AC1）和氣旋（CE2）時，海表高度異常（SLA）以及σθ =26.9面上AOU的分布。（c）AOU與SCM和SLA相關系數的分布。
