南海北部真光层氮盐最大值层形成机制及其对浮游植物生产力的季节变化影响

The northern South China Sea water is generally nitrogen-limiting. Nutrients (nitrate) and phytoplankton productivity in the euphotic layer of the Northern South China Sea (SCS) as the study objects, to explore and clarify their responses to monsoon-driven dynamics by the use of in-situ observations and satellite remote sensing data. Field trials and a comprehensive analysis of the historical data were employed to find out the distribution of nutrients (i.e. dissolved inorganic nitrogen maximum) in the euphotic layer of the northern SCS. At the same time, high performance liquid chromatography was employed to identify the composition, spatial distribution and seasonal differences of phytoplankton pigment; Based on hydrological and biochemical observations and the technology of statistical analysis and numerical simulation, we established the POM-based nutrients - mixing entrainment/upwelling model and then coupled the model with improved nutrient - phytoplankton - zooplankton - debris (NPZD) model. The study will reveal impacts of dynamic processes and biochemical processes (nitrification and phytoplankton metabolism) on nutrients and phytoplankton biomass, as well as their responses to the SCS Monsoon. The results can reveal the key driven step and their associated ecological effects of marine nitrogen cycle of the euphotic zone in northern SCS. The information would be very valuable to South China Sea agencies to carry out scientific plans for sustainable resource utilization based on biological production, and helpful in presenting important and key parameters about regional marine nitrogen cycle.

南海北部通常属于氮限制的海域，项目拟以南海北部真光层营养盐（以氮为指标）和浮游植物生产力为研究对象，利用现场观测及卫星遥感数据，研究并阐明真光层营养盐及浮游植物量的变化对南海季风的响应。运用现场实验及历史数据综合分析，摸清南海北部真光层底营养盐最大值层分布的结构特征；同时运用高效液相色谱分析该区域浮游植物色素组成、空间分布和季节差异；通过对水文及生物化学观测统计分析及数值模拟，建立基于POM的营养盐-混合卷吸涌升模型，并把该动力模型与改进的营养盐-浮游植物-浮游动物-碎屑（NPZD）模型耦合，初步探明动力过程及生物化学过程（硝化作用和浮游植物代谢）对南海北部真光层营养盐和初级生产力的贡献以及营养盐极大值层对南海季风的响应。揭示南海北部真光层氮循环的关键控制环节及其相关的生态效应。为我国南海近海生物资源可持续发展提供理论依据，并为海洋氮循环研究提供区域性的关键参数。

本项目以南海真光层营养盐和浮游植物生产力为研究对象，利用现场观测及卫星遥感数据，综合研究了真光层营养盐的变化特征，初步揭示了上层营养盐及浮游植物叶绿素浓度对南海季风以及台风等海洋环境强迫的响应机制。首先以南海北部三亚湾为例，分析了该海域热带海湾浮游植物的空间季节分布特征，初步探明该时空分布特征不仅受到季风等自然过程的影响，也受到旅游业和渔业发展等人类活动的影响。进一步探讨包括北部湾、越南以东上升流等南海区域浮游植物的分布特征表明，季风在对南海浮游植物浓度季节变化中扮演着重要角色，高叶绿素浓度通常发生在风速最强的冬季，而上升流区的高叶绿素出现在上升流发生的期间，同时，厄尔尼诺期间风应力强度的变化会导致艾克曼抽吸以及离岸艾克曼输运诱发的上升流强度变化，从而影响海洋上层营养盐补充及叶绿素浓度变化。综合分析还表明，与大气沉降扮演着重要角色的阿拉伯海相比较，南海海域大气沉降过程对浮游植物生产力影响较弱。同时南海也是热带气旋频繁发生的区域，台风可能也对南海北部营养盐过程以及浮游植物生产力存在一定的调控作用。本项目首先以一个台风为个例，揭示近岸和离岸区域的叶绿素a浓度的的对台风的响应存在显著的差异，阐明该特征主要是受到台风发生之前局地营养状况以及浮游植物最大值层的分布影响；进一步研究证实，两个相继经过同一区域台风触发的浮游植物水华中，由于第一个台风引起的上层海洋混合层增加一定程度抑制了第二个台风的冷却效应，导致第二个经过该区域的台风引起浮游植物增加相对有限，该结果表明除了台风的移动速度和强度外，台风前上层海洋层结条件在台风诱发的强浮游植物水华中发挥着重要作用。前期的研究结合现场流场、温盐数据的分析证实，热带气旋强风在陆架区较浅水以及较浅的营养盐跃层等背景下，会导致强惯性振荡混合以及降水，影响到营养盐跃层的空间分布，诱发了生源物质的由下至上由近到远的输运以及浮游植物的迅速增加。