南海北部典型上升流区水体光学特性及其对生态环境变化的指示作用

多学科交叉深入研究海洋动力过程影响下生态环境的变化趋势是当今海洋科学研究的一个重点内容，海洋光学和水色遥感技术的发展为之提供了一个重要监测手段。.本项目将从研究南海北部典型上升流区水体光学特性的变异性入手，结合多个关键的生物地球化学参数，深入分析上升流过程对水体光学特性变化的影响，并对光学信号所指示的生态环境变化（如浮游植物生物量、种群结构变化以及上层水体颗粒有机物通量变化等）信息进行解译；进一步完善区域性生物光学算法，采用实时光学监测和水色遥感手段，实现对南海北部典型上升流区生态环境变化的多尺度时空监测。研究成果可为深入研究南海北部上升流区生态系统的碳通量及物质输运奠定基础，从而进一步推动海洋光学浮标和水色遥感在我国近海陆架区生物地球化学循环监测中的应用。

沿岸上升流是海洋环境动力过程中一个非常重要的现象，它通过对生源要素的输运影响海洋初级生产力和生物资源分布。以海洋光学剖面观测和水色遥感为手段，多学科交叉研究上升流水体生物光学特性的变化及其生态动力响应机制，引起人们关注。.本项目旨在研究南海北部典型上升流区水体光学变异性，结合生物光学反演算法，揭示动力过程影响下海洋关键生物地球化学参数的响应特征。基于南海多年航次调查数据，对水色遥感产品数据进行了验证评估，建立了具有较高精度的区域性反演模型。融合南海和全球数据集，提出一种从海水总吸收系数中提取浮游植物、非藻类颗粒物及有色溶解有机物(CDOM)吸收贡献的光谱分解算法。发展了多种类型的浮游植物粒级结构(PSC)生物光学反演算法，包括基于叶绿素a浓度（Chla）的三组分模型、基于浮游植物吸收光谱和总Chla的线性回归算法、支持向量机模型，以及由海水总吸收光谱提取PSC信息的遗传算法，等。.将生物光学反演算法应用于现场生物光学剖面观测和水色遥感数据的分析，对南海典型上升流区（包括粤东、琼东以及吕宋以西等）的生物光学变异性进行了深入研究。2008年夏季航次观测发现，粤东上升流区生物光学剖面表现出明显差异，断面分布特征与下层水涌升到沿岸再产生的离岸平流相吻合；上升流影响下水体Chla显著增加，且小型浮游植物(Micro)占据主导，垂向上存在一个明显的次表层极大值层（SCML），随离岸距离增加，强度迅速减弱，厚度增大；表层水体中含有较大粒径的非藻类颗粒，与离岸站点小颗粒主导明显不同。观测期间，琼东上升流强度相对较弱，相应的生物光学剖面有所不同，SCML以下的底层水体具有较高衰减系数且随深度增加而迅速增强，与爬坡流作用下颗粒物再悬浮和输运过程相关。基于多源遥感监测，2007年初吕宋以西冷涡区域浮游植物生物量明显增强而粒级结构具有较大改变，冷涡引起的上升流将底层的高营养盐水体带入真光层是重要的影响因素，且冷涡最大强度发生时间与观测到的最大生物量存在一定延迟。南海生物光学剖面变化规律表现出明显空间差异，SCML多分布在混合层和真光层以内，且与位温估算得到的营养盐跃层上界面具有很好的一致性。.本项目研究成果为南海典型上升流区水体关键生物地球化学参数及其生态动力驱动机制研究提供了重要的基础；综合多学科的生物光学剖面观测手段有望在南海上层海洋生物地球化学循环中发挥重要作用。