上层海洋对热带气旋强迫的脉冲型生物学响应研究

During tropical cyclones transiting offshore deep-ocean region, ocean dynamic and marine life environment in the upper layer will significantly change in short term. Along with quickly dropping of surface temperature and formation of surface cooling, phytoplankton bloom can also be detected by satellite remote sensing as a sudden increase of surface chlorophyll_a concentration. Furthermore, mesoscale eddies embedded in background ocean dynamic environment also favor phytoplankton blooms induced by tropical cyclones. Therefore, it is of great academic significance to study the phenomeneon and mechanism of upper ocean response to tropical cyclone, in deepen man's understanding on air-sea energy exchange in offshore deep-sea region, on mixing in upper ocean, and on marine ecosystem dynamical processes. In this project, we define offshore deep-sea region of the South China Sea as the key research area. Through multi-source data extraction, theoretical study and numercal simulation, we focus on the impulse-type biological response in upper ocean to tropical cyclone's passing, try to make breakthroughs on "parameterization of tropical cyclone forced processes" and "comparison between driving effects on environment changing by tropical cyclone and mesoscale eddy", and finally give a quantitatively characterization on excitaion conditions and a clarification on changing mechanism of upper ocean biological responses.

当某些热带气旋过境时，离岸深海海域内的上层海洋会在海洋动力环境和海洋生物环境等方面出现短期显著的变化，表层海温陡降形成“冷尾迹”，卫星遥感的表层叶绿素也会出现“藻华带”形式的激增；同时，海洋背景动力环境场中存在的中尺度涡旋，也能够有效促进热带气旋诱导“藻华带”现象的发生。因此，开展上层海洋对热带气旋响应现象及机理的研究，对离岸深海海域的海-气能量交换、海洋上层混合和海洋生态动力过程等方面起着重要作用。本项目确定南海离岸深海海域为科研关键海域，拟采用多源资料信息提取、理论研究和数值模拟等手段相结合，关注热带气旋过境后上层海洋出现的脉冲型生物学响应现象，重点突破“热带气旋强迫过程的参量化研究”和“热带气旋与中尺度涡旋两种驱动力对上层海洋环境变化的比较研究”这两个科学问题，从而定量刻画上层海洋生物学响应的激发条件、阐明其发生变化的机制。

本项目通过多源资料信息提取与融合分析、理论研究和数值模拟等方法，研究热带气旋过境期间上层海洋出现的动力学环境和生物学响应方面的差异规律和变化机制。项目研究结论，对离岸深海海域的海气能量交换过程、海洋上层混合和海洋生态动力过程等，发挥着重要作用。. 在本项目执行期间，共完成3项主要工作：. 第一，以南海热带气旋频发时空范围为参照，建立多源历史观测资料信息库。热带气旋过境前后的时间虽然很短，却是上层海洋中动力学变化和生物学响应最显著的时期，而恶劣海况又制约了我们实测数据的获取，因此遴选尽可能多的热带气旋过境期间同步/准同步的多手段实测数据，这是我们分析并获得高分辨率海洋环境变化规律、推导并参量化高可信度热带气旋影响参数的前提。. 第二，基于对多源观测数据的信息提取和融合分析，获得上层海洋在热带气旋过境期间动力学环境变化和生物学响应反馈方面的新认知。通过对这3个“台风过境典型事件”的追踪和数据分析（包括台风风圈范围内的海洋动力学锚碇潜标观测、Argo剖面观测、台风过境前后的CTD大面站观测以及多平台卫星遥感观测等），我们认为台风过境后的“冷尾迹”现象（即局部SST出现冷斑）是风致Ekman抽吸和风致表层混合两种机制共同作用的结果；同时，“冷尾迹”现象的出现时间要早于“藻华带”现象（即局部CHL短期增殖），即说明上层海洋对台风强迫响应过程的顺序一般为“先物理后生物”。. 第三，通过对同期的CTD大面站观测数据、Argo浮标漂流轨迹和沿轨迹温盐剖面数据、海表风场和SST等信息的融合分析，并基于Argo在海面漂浮通讯期间的GPS定位信息反演表层流场的客观算法，分析并获取了黑潮在中国近海主要水道处的路径变化特征新认知。. 项目执行期间获得的研究结论，使我们对热带气旋过境前后上层海洋动力过程和生物响应变化规律和演化机制有了一个更为清晰的认知，特别是“冷尾迹”的动力成因并不限于早期的Ekman抽吸，而是与上层混合加强的共同结果，这给我们开展海气交换机制研究工作起到了指向性作用。