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黑潮延伸体北部混合海域营养盐输运及其对表层叶绿素浓度的影响

批准号:
42106035
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
龙钰
学科分类:
物理海洋学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
龙钰

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
北太平洋副极地和副热带环流交汇的混合海域不但是西北太平洋南向物质输送的主要通道,也是重要的渔业资源地。混合海域的营养盐浓度和表层叶绿素浓度都受到黑潮延伸体海洋动力环境变化影响。当黑潮延伸体流轴剧烈摆动、中尺度涡活动频繁时,虽然混合海域的表层营养盐浓度和叶绿素浓度异常呈现低值,但其混合层深度并不存在相应变化。基于以上事实,申请人提出该海域表层叶绿素浓度受控于水平营养盐输运的猜想,而后者与海洋动力环境变化密切相关。针对混合海域黑潮延伸体及亲潮边界随时间变化和边界两侧水团性质差异巨大的特点,拟使用海洋再分析数据确定混合海域范围,从西北太平洋长期水文观测数据中提取混合海域典型水文剖面,描述物理-生化参数垂向分布;构建箱式模型估算混合海域营养盐收支情况;最终阐明营养盐输送对混合海域表层叶绿素浓度的影响。本项目的顺利实施可望加深对混合海域海洋物理-生化过程及北太平洋南北方向物质交换的认识。
英文摘要
The mixed water region (MWR), where the subtropical and subarctic gyre encounters in the Northeast Pacific, is not only the main path way that account for the southward material transport between the two gyres, but also the important fishery. The surface nutrient concentration and chlorophyll concentration in the MWR are modulated by the dynamic state variation of the Kuroshio Extension. When the axis of Kuroshio Extension frequently meanders and the mesoscale eddy is active, these above biogeochemical parameters show negative anomaly, whereas the mixed layer depth is independent to this variation. However, the underlying dynamics is still not well understood. Based on the observational facts, we suppose that the surface chlorophyll concentration is affected by the dynamic state through the variation of lateral nutrient transport. Considering the large difference in water property between the two sides of the boundary of MWR, we planned to use the ocean reanalysis data to define the temporally varied boundaries of MWR, i.e., the northern boundary defined by the Oyashio and the southern boundary defined by the Kuroshio extension, and then abstract the typical profile of the temperature, salinity, and nutrient concentration from the long term hydrographic observation data, to depict the typical spatial distribution of the nutrient concentration; to evaluate the nutrient budget in the MWR by using a box model; and to shed light on how the nutrient transport affects the surface chlorophyll concentration. The achievement of this project will deepen the understanding of the physical-biogeochemical processes in the MWR and the meridional material exchange in the North Pacific.
北太平洋副极地与副热带环流交汇的混合海域不仅是西北太平洋南向物质输送的主要通道,也是重要的渔业资源区。该混合海域的营养盐浓度及表层叶绿素浓度受到黑潮延伸体海洋动力环境变化的显著影响。针对混合海域黑潮延伸体及亲潮边界随时间变化及其两侧水团性质差异显著的特点,本研究利用海洋再分析数据确定混合海域的范围,从西北太平洋长期水文观测数据中提取该区域的典型水文剖面,描述物理-生化参数的垂直分布。此外,构建箱式模型以估算混合海域的营养盐收支情况,最终阐明营养盐输送对混合海域表层叶绿素浓度的影响。研究结果表明,考虑混合海域空间位置变化的平均水文剖面主要受中尺度涡活动的影响。具体而言,在黑潮延伸体不稳定期,混合海域内存在更多的反气旋涡,这些涡旋内部包含了黑潮南部的高温、高盐、低营养盐水体,对混合海域的平均浓度产生了显著影响。同时,若不考虑黑潮流轴的变化,使用固定空间位置来表征混合海域,其内部的平均水文剖面主要受到黑潮流轴摆动的影响。综上,混合海域的营养盐浓度及表层叶绿素浓度主要受到平流作用影响,主要为黑潮流轴摆动及中尺度涡。.本研究还发现混合层物质收支方程在海洋内部各项的表示方式上存在严重问题。我们对该方程的修正启发了东北太平洋海洋热浪动(热)力学相关研究,并发现2013-2015年及2019年发生的两次严重且深远的“暖斑”极端事件,实际上是由于温暖的亚热带水大规模向通常较冷的亚北极地区迁移所致,而非主流认知中所认为的“低风速异常导致低湍热通量异常,海洋散热降低引发极端高温”。.最后,本研究计算得到了西北太平洋长期水文观测断面的绝对地转流速,以及北太平洋洋盆尺度关键断面的全水深绝对地转流速。进而讨论了北太平洋海盆尺度的水平及垂向营养盐输送,确认了混合海域确实是北太平洋副热带环流与副极地环流物质交换的关键区域,是北太平洋生物地球化学循环传送带的“十字路口”。
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