黄海浮游植物春秋季水华年际变化及其生态效应

As one of the most important biological processes in the Yellow Sea, the seasonal phytoplankton bloom dynamics can affect the trophic interactions, productivity levels and the circulation of biogenic elements in the ecosystem. In the Yellow Sea, some studies on the spring phytoplankton bloom have been conducted, but autumn bloom was not included. The inter-annual variability of both blooms need also be paid much more attention. In this proposal, remotely sensed ocean color data and field observations analysis and numerical modeling will be used to study the spatial and inter-annual variability of both spring and fall phytoplankton blooms in the Yellow Sea. The effects of the physical processes (such as Yellow Sea Cold Water Mass, Changjiang Diluted Water, Yellow Sea Warm Current) on the phytoplankton bloom dynamics will be analyzed. The main environmental factors controlling the bloom timing and magnitude will be identified, and their affecting mechanism will also be studied. Moreover, the mechanism of phytoplankton bloom dynamics on the plankton size structure and productivities will be discussed in the modeling study. Our results will enrich the content of phytoplankton bloom dynamics research in our country, and improve our understanding of the physical processes and environmental factors on the biological processes in the coastal areas of China.

浮游植物季节性水华作为黄海重要的生物过程，对黄海生态系统内的营养传递、生产力水平和各生源要素的循环等均有显著影响。黄海春季水华研究国内已开展了部分工作，但鲜有涉及到秋季水华动态，且在水华年际变化方面也存在较大的深入研究空间。本项目采用观测资料分析（卫星遥感和航次调查资料）和生态数值模拟相结合的方法，开展黄海浮游植物春秋两季水华的空间差异与年际变化特征方面的研究，分析黄海冷水团、长江冲淡水、黄海暖流等物理过程对黄海浮游植物春秋季水华动态的影响，阐明各环境因子在黄海浮游植物水华过程中的作用机制，揭示水华动态变化对浮游生物粒级结构和生产力的影响机制等。研究成果将丰富与发展我国浮游植物水华动力学的研究内容，增进我们在气候变化背景下近海物理过程和环境因子对生物过程影响方面的认识。

以黄海浮游植物季节性水华动态为研究主题，基于卫星遥感叶绿素资料分析了浮游植物水华的空间和年际变化特征，采用现场调查资料分析和统计模型分析相结合的方法，阐述了黄海冷水团、黄海暖流、长江冲淡水等物理过程对水华动态的影响。研究发现，黄海浮游植物水华时间呈现显著的空间差异，一年四季均有不同区域发生水华特征。春季水华主要发生在北黄海和南黄海中部海区，夏季水华发生区域主要在长江口外海域和朝鲜半岛西部近岸区，秋季水华主要在海州湾和济州岛附近海域发生，而山东半岛东端附近海域以及济州岛-长江口连线中部附近海域呈现显著的冬季高叶绿素现象。黄海浮游植物季节性水华发生时间和发生强度具有显著的年际变化，不同区域年际变化特征不同。以春季水华峰值发生时间为例，南黄海中部海区年际变化范围相对北黄海较小，前者基本在4月份，后者在3月初至4月中旬间波动。黄海冷水团的长期存在促进了黄海中部的混合层季节变化，导致了冷水团影响区浮游植物春季水华的发生，春季水华发生时大粒径浮游植物（>20μm）对总生物量贡献显著增加，而其它季节仍以小粒径浮游植物的贡献为多。黄海暖流对黄海的影响在冬季尤为突出，带来的水温提升有助于浮游植物生长，加上丰富的营养盐，致使黄海部分海区冬季的浮游植物生物量较高，甚至达到一年中的最大值；黄海暖流对冬季水温的提升，造成部分区域冬季和春季水温差异不大，导致了水体层化现象较弱而没有发生类似中部海区的春季水华。基于广义相加模型（GAM）的环境因子对浮游植物影响分析显示，在长江口及邻近海域，影响叶绿素变化的主要因子为海水盐度和营养盐浓度，盐度与营养盐和悬浮物间的显著相关关系说明其体现了营养盐和光照条件等因子的作用。项目研究结果增进了我们对黄海浮游植物季节性水华特征及其受典型物理过程影响方面的系统认识。