海洋中尺度渦影響浮游植物葉綠素分布的新機制獲揭示
近日，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）研究團隊在海洋中尺度渦影響浮游植物葉綠素分布的機制研究方面取得新進展，相關成果以何慶友副研究員為第一作者、詹海剛研究員為通訊作者發表于（《地球物理研究快報》）Geophysical Research Letters。
副熱帶流渦區占據全球海洋超過30％的表面積，是典型的低生物量寡營養海域，通常被稱為“海洋荒漠”。中尺度渦是重要的物理海洋現象，渦旋運動引起的營養鹽向上輸運是新生產力的重要來源。傳統上一般認為，這一貢獻主要來自氣旋渦。然而，衛星觀測資料卻顯示，這些海域反氣旋渦的海表葉綠素濃度普遍高于氣旋渦。這種擾動特征與全球其它海域明顯不同，經典的渦旋抽吸理論無法解釋這一反常現象。目前的主流觀點認為，反氣旋渦內更深的冬季混合會給上混合層帶來更多的營養鹽，從而促進浮游植物生物量的增加。
研究團隊分析了全球中尺度渦引起的海表葉綠素濃度、浮游植物碳（表征浮游植物生物量）和碳-葉綠素比（生理學調整參數）的擾動信息，發現在副熱帶流渦區內，盡管反氣旋渦內葉綠素濃度高于氣旋渦內，但浮游植物生物量并沒有明顯差異。與之對應，反氣旋渦內碳-葉綠素比明顯低于氣旋渦（圖1）。這一結果意味著渦致葉綠素擾動并非由浮游植物生物量的變化主導，而主要是由其生理學響應所致。通過一個光馴化模型，研究團隊進一步指出，浮游植物生理學響應主要由光馴化控制（圖2）。反氣旋渦內更深的垂向混合和更快的光衰減速度會降低光照強度，促使浮游植物進行生理學調整以提高光捕獲效率和光合作用能力，導致葉綠素濃度的升高。
上述結果表明，副熱帶流渦區反氣旋渦內葉綠素濃度的升高并不能代表浮游植物生物量的增加或生產力的提高。在考慮浮游植物生理學響應的前提下，我們有必要重新評估中尺度渦活動對該海域初級生產力和碳循環過程的影響。
該研究由國家自然科學基金項目與中國科學院項目等共同資助完成。
相關論文信息： He, Q., H. Zhan, S. Cai, and W. Zhan (2021), Eddy-Induced Near-Surface Chlorophyll Anomalies in the Subtropical Gyres: Biomass or Physiology?, Geophysical Research Letters, 48(7), e2020GL091975. https://doi.org/10.1029/2020GL091975.
圖1. 全球中尺度渦致海表浮游植物葉綠素（Chl）、生物量（CPhyto）和碳與葉綠素之比（θ = CPhyto/Chl）的擾動分布。擾動量由反氣旋渦與氣旋渦內變量之差除以背景均值得到。右圖展示的為副熱帶流渦區的南印度洋（SSIO）和南太平洋（SSPO），以及中緯度黑潮延伸體（KE）和灣流（GS）（左圖黑色方框）海域各變量的時間變化特征。左圖中灰色細點標注的為擾動不顯著的區域。
圖2. 光馴化模型模擬得到的全球中尺度渦致浮游植物碳與葉綠素之比（θ = CPhyto/Chl）的擾動分布。左圖模型所用混合層深度（MLD）由全球現場觀測的溫鹽剖面數據計算所得，右圖所用混合層深度數據來源于HYCOM模型的再分析資料。下圖展示的為副熱帶南印度洋（SSIO）和南太平洋（SSPO）光馴化模型與衛星觀測結果（圖1）的對比。
