南海叶绿素垂向分布的遥感估算及其在中尺度涡生态效应研究中的应用

Retrieval of a vertical distribution of chlorophyll from remote sensing is benefit for the accurate estimation of oceanic production, and the study of biological response to the ocean dynamic process at three-dimensional structure. The optical penetration depth is dependent on the wavelength, which allows to retrieve a non-uniform vertical profile of chlorophyll form remote sensing reflectance. We propose a new approach for the retrieval of a vertical distribution of chlorophyll by remote sensing. A look-up table is constructed using the semi-analytical algorithm to estimate the vertical distribution of chlorophyll at the optical penetration depth. And a Self-organizing Mapping is used to extend the chlorophyll distribution from the penetration depth down to the euphotic depth. The satellite derived vertical profile of chlorophyll is used to analyze the vertical distribution of chlorophyll inside mesoscale eddies in the South China Sea using the method of central-coordinated composited average. The influence of mesoscale eddies on vertical distribution of chlorophyll is also quantified using the decomposition method. The study further enriches the remote sensing observation dataset, and is benefit to identify the influences of mesoscale eddies on the phytoplankton over the three-dimensional structure.

上层海洋叶绿素三维结构对海洋生产力估算具有重要意义，也是研究海洋动力过程生态效应的重要基础数据。然而利用遥感估算叶绿素的垂向分布目前还不成熟。由于光在水体中的穿透深度是波长的函数，本项目提出采用半分析模型构建查找表估算穿透深度上叶绿素垂向分布的方法，然后基于叶绿素垂向分布对海洋表层动力过程的响应，结合自组织特征映射方法，将穿透深度叶绿素垂向分布延伸到整个真光层，获取整个真光层上叶绿素垂向分布。基于遥感估算的真光层叶绿素垂向分布，探讨南海中尺度涡内叶绿素垂向分布规律，并定量研究四种影响机制对不同深度叶绿素分布的贡献。项目研究进一步丰富了遥感观测数据集，同时也有利于识别三维结构上南海中尺度涡对浮游植物的影响。

上层海洋浮游植物三维结构对海洋生产力估算具有重要作用，也是研究海洋动力过程生态效应的重要基础数据，本项目计划获取浮游植物垂向分布，并分析中尺度涡内部浮游植物三维分布规律，基于规律探讨中尺度涡对三维浮游植物分布的影响机制。项目通过实测数据，建立了真光层浮游植物遥感反演算法，获取了中尺度涡内部浮游植物三维分布规律，将其外推到200-400米水深，并将中尺度涡内部三维浮游植物分布分解为单极子和偶极子结构，探讨垂向营养输送和水平平流作用在不同深度上对单极子和偶极子结构的影响。另外本项目还将研究拓展到中尺度涡内部不同粒级浮游植物的三维分布。.本项目建立了真光层叶绿素以及不同颗粒粒级和藻种的遥感反演算法，并对结果进行了验证，反演的真光层叶绿素浓度与实测的相关性为0.72，估算的不同粒级的叶绿素与实测的相关性在0.8以上。垂向营养输运对浮游植物分布的影响小于偶极子过程对它的影响。在垂向上，弱非线性反气旋涡表层叶绿素浓度高于次表层，但是强非线性反气旋涡表层叶绿素低于次表层叶绿素浓度，强和弱非线性气旋涡表层叶绿素浓度均低于次表层叶绿素浓度。我们发现南海西部叶绿素在整个夏季存在两个高值阶段，第一个高值主要受到上升流作用影响，南部的反气旋涡对高浮游植物有明显的水平平流作用，将近岸富营养水带到中心贫营养海盆；第二个高值主要受到北侧气旋涡和南侧反气旋涡相互作用区域的次中尺度垂向过程影响。.本项目资助下，申请者以第一作者或通讯作者发表论文6篇，其中中科院二区TOP5篇，三区论文1篇。目前在审论文1篇（中科院二区TOP）。培养研究生4名，目前2名已经顺利毕业。在此期间，项目申请者入选广东省特支计划青年拔尖人才。