海洋中尺度涡影响浮游植物叶绿素分布的新机制获揭示
近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室（LTO）研究团队在海洋中尺度涡影响浮游植物叶绿素分布的机制研究方面取得新进展，相关成果以何庆友副研究员为第一作者、詹海刚研究员为通讯作者发表于（《地球物理研究快报》）Geophysical Research Letters。
副热带流涡区占据全球海洋超过30％的表面积，是典型的低生物量寡营养海域，通常被称为“海洋荒漠”。中尺度涡是重要的物理海洋现象，涡旋运动引起的营养盐向上输运是新生产力的重要来源。传统上一般认为，这一贡献主要来自气旋涡。然而，卫星观测资料却显示，这些海域反气旋涡的海表叶绿素浓度普遍高于气旋涡。这种扰动特征与全球其它海域明显不同，经典的涡旋抽吸理论无法解释这一反常现象。目前的主流观点认为，反气旋涡内更深的冬季混合会给上混合层带来更多的营养盐，从而促进浮游植物生物量的增加。
研究团队分析了全球中尺度涡引起的海表叶绿素浓度、浮游植物碳（表征浮游植物生物量）和碳-叶绿素比（生理学调整参数）的扰动信息，发现在副热带流涡区内，尽管反气旋涡内叶绿素浓度高于气旋涡内，但浮游植物生物量并没有明显差异。与之对应，反气旋涡内碳-叶绿素比明显低于气旋涡（图1）。这一结果意味着涡致叶绿素扰动并非由浮游植物生物量的变化主导，而主要是由其生理学响应所致。通过一个光驯化模型，研究团队进一步指出，浮游植物生理学响应主要由光驯化控制（图2）。反气旋涡内更深的垂向混合和更快的光衰减速度会降低光照强度，促使浮游植物进行生理学调整以提高光捕获效率和光合作用能力，导致叶绿素浓度的升高。
上述结果表明，副热带流涡区反气旋涡内叶绿素浓度的升高并不能代表浮游植物生物量的增加或生产力的提高。在考虑浮游植物生理学响应的前提下，我们有必要重新评估中尺度涡活动对该海域初级生产力和碳循环过程的影响。
该研究由国家自然科学基金项目与中国科学院项目等共同资助完成。
相关论文信息： He, Q., H. Zhan, S. Cai, and W. Zhan (2021), Eddy-Induced Near-Surface Chlorophyll Anomalies in the Subtropical Gyres: Biomass or Physiology?, Geophysical Research Letters, 48(7), e2020GL091975. https://doi.org/10.1029/2020GL091975.
图1. 全球中尺度涡致海表浮游植物叶绿素（Chl）、生物量（CPhyto）和碳与叶绿素之比（θ = CPhyto/Chl）的扰动分布。扰动量由反气旋涡与气旋涡内变量之差除以背景均值得到。右图展示的为副热带流涡区的南印度洋（SSIO）和南太平洋（SSPO），以及中纬度黑潮延伸体（KE）和湾流（GS）（左图黑色方框）海域各变量的时间变化特征。左图中灰色细点标注的为扰动不显著的区域。
图2. 光驯化模型模拟得到的全球中尺度涡致浮游植物碳与叶绿素之比（θ = CPhyto/Chl）的扰动分布。左图模型所用混合层深度（MLD）由全球现场观测的温盐剖面数据计算所得，右图所用混合层深度数据来源于HYCOM模型的再分析资料。下图展示的为副热带南印度洋（SSIO）和南太平洋（SSPO）光驯化模型与卫星观测结果（图1）的对比。
附件下载：
