基于生物光学剖面漂流浮标（Bio-Argo)现场观测的南海浮游植物季节性变化及其光适应性研究

The physical-biogeochemical coupling in the South China Sea (SCS) is sensitive to ocean-atmosphere forcing at different time scales. Among them the seasonally reversing East Asian Monsoon exerts a major control mechanism, consequently phytoplankton presents a remarkable seasonal variability with the feature of blooming in winter. Phytoplankton can adjust their intracellular chlorophyll-a content in response to ambient light and nutrient. When incident irradiance decreases and nutrients remain replete, phytoplankton increase their chl-a content to enhance their photosynthesis efficiency. The physiological adaptation can introduce more than a ten-fold variation in chl-a to carbon biomass ratio. It is argued that bio-optical properties can be used as a better proxy of phytoplankton biomass than chl-a concentration. As a new type autonomous platform, Argo floats integrated with multiple bio-optical and biogeochemical sensors (Bio-Argo) provide data with very high temporal and vertical resolution. This overcomes the disadvantages of both field shipborne and satellite remote sensing observations. The proposed work will utilize multi-platforms (Bio-Argo floats combined with field cruise and and remote sensing) to analyze the bio-optical properties, photo-acclimation of phytoplankton, and their seasonal variability in SCS. This work will be beneficial to further understand the biogeochemical cycles, physical-biological coupling mechanism in SCS.

影响南海物理-生物地球化学耦合的不同时间尺度海洋-大气过程中，季节性反转的东亚季风是重要影响因子。浮游植物具有明显的季节变化特征，冬季含量最高。浮游植物能调整细胞内叶绿素a浓度以适应光照及营养盐的变化，在光照降低、营养盐充足时增大chl-a.含量增大以提高光合作用效率。同一海区浮游植物chl-a与其碳生物量的比值在不同生理状态下的变动范围可超过一个数量级，浮游植物的生物光学参数比chl-a能更好地反映其生物量。Bio-Argo是集成多种生物光学与生物地球化学传感器的新型自持式剖面漂流浮标，它极大地弥补了传统船基现场观测时空分辨率低和遥感无法观测深层海洋的不足。本项目利用投放在南海的Bio-Argo，结合现场和遥感观测，利用多平台资料分析南海生物光学关系，浮游植物的光适应性及其季节变化特点。这对深入理解南海海洋生物地球化学循环、海洋物理与生态过程的耦合机制都具有重要意义。

由于受到东亚季风影响，南海浮游植物有着显著的季节变化特征：其海盆区域浮游植物含量在冬季最高，其他季节较低。传统的船基观测和遥感观测，都有一定的局限性，很难得到完整的高垂向分辨率的季节变化数据。此外，浮游植物叶绿素a除了受浮游植物生物量决定外，还受到环境因素如光照的影响，传统上用其表征生物量会带来一些误解。南海浮游植物季节变化及其光适应性特征研究是有着极大的科学价值。BGC-Argo浮标同时搭载叶绿素a和光学参量传感器，能同步观测叶绿素a和生物量，同时浮标具有长时间高垂向分辨率观测能力，本课题主要利用BGC-Argo浮标的独特观测数据来进行相关内容研究。课题在南海海盆投放了3套BGC-Argo浮标，并执行了3次共享航次观测，利用这些观测数据，分析了南海浮游植物生物光学关系，南海浮游植物季节变化特征及其光适应性特点，重点分析了南海北部藻华的动力机制。研究结果表明1）生物光学量可以很好地反演浮游植物生物量；2）南海浮游植物有显著地时空变化特征，风致混合、垂直对流是影响其变化的主要动力机制，在北部冬季藻华区域，黑潮入侵同样是重要影响因素，此外，局地中尺度涡旋演化也会对浮游植物变化有显著影响；3）南海表层叶绿素a同生物量的比值同光照有着非常好的负相关性，证实在低纬度海区浮游植物光适应性生理状态调整同样起着重要作用，此外叶绿素a次表层最大值同光照有着很好的统计关系，证实在强层化的低纬度区域，浮游植物的垂直分布主要为光照驱动。在南海投放的3套BGC-Argo浮标，是截至目前国内在该区域投放的仅有的3套浮标，共得到了近5年的长时间序列高垂直分辨率观测数据。用该数据分析南海浮游植物季节变化特征及其光适应特性也属于国内首次，利用该数据已发表高水平论文3篇，并且另有多篇相关论文正在进行，该项目得到了一系列科研成果，充分体现了BGC-Argo浮标的观测优势，这也为我国在BGC-Argo浮标发展、推广提供了研究基础和技术借鉴。