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）詹海刚研究团队，联合美国伍兹霍尔海洋研究所教授Dennis J. McGillicuddy Jr.，自然资源部第二海洋研究所研究员邢小罡，在海洋中尺度涡影响次表层浮游植物分布的研究方面取得新进展。相关成果以副研究员何庆友为第一作者，研究员詹海刚为通讯作者发表于Progress in Oceanography《海洋学进展》上。
浮游植物是海洋生态系统中最主要的初级生产者和固碳者，对维持海洋生态系统功能稳定性和促进全球碳循环有着重要作用，它的生长和分布受到海洋中尺度涡等动力过程的强烈影响。卫星观测结果显示，副热带流涡区反气旋涡内海表浮游植物叶绿素浓度普遍高于气旋涡内，明显区别于其他海域。这引发了近年来关于中尺度涡如何影响该海域浮游植物生物量与初级生产力的学术争论。
研究团队分析了同步投放于副热带东南印度洋的两套生物地球化学浮标（BGC-Argo）数据（图1）。这两套浮标分别被投放于一个气旋涡和一个反气旋涡内，并对它们进行了3个月的追踪观测。观测结果显示，由冬入春期间，气旋涡内混合层随着近表层海水变暖而变浅至真光层以内，引发真光层底部浮游植物的快速积累，出现生物量和叶绿素浓度的次表层最大值层；近表层浮游植物则因混合减弱、光暴露增强造成浮游植物的光适应调整，导致海表叶绿素浓度降低（图2）。相比之下，反气旋涡阻碍了混合层的季节性变浅，涡内混合层一直深于真光层，浮游植物相对均匀地分布于混合层内。因此，尽管春季反气旋涡内海表叶绿素浓度高于气旋涡内，但其次表层和垂向积分的浮游植物生物量和初级生产力均低于气旋涡内。对全球生物地球化学浮标数据的统计结果证实了这一现象在副热带流涡区的普遍性。这些研究结果表明，仅靠卫星遥感难以全面捕捉涡旋对浮游植物分布和生产力的影响，需要结合更多的现场生物地球化学垂向观测，才能准确评估中尺度涡对海洋生产力和碳循环的影响。
该研究由国家重点研发项目、自然科学基金、广东省自然科学基金和中国科学院青年创新促进会项目等共同资助完成。
相关论文信息：
Qingyou He, Dennis J. McGillicuddy Jr., Xiaogang Xing, Shuqun Cai, Weikang Zhan, Yinghui He, Jiexin Xu, and Haigang Zhan* (2023), Subsurface phytoplankton responses to ocean eddies can run counter to satellite-based inference from surface properties in subtropical gyres, Progress in Oceanography, 218, 103118, doi:10.1016/j.pocean.2023.103118.
文章链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0079661123001611
图1. 生物地球化学浮标（BGC-Argo）追踪观测中尺度涡轨迹图。图中a为多年平均海表叶绿素浓度空间分布，b为反气旋涡和气旋涡内平均海表叶绿素浓度相对差异。北侧浮标投放于反气旋涡（AE）内，南侧浮标投放于气旋涡（CE）内。c和f中绿色线条为中尺度涡移动轨迹，黑色线条为浮标轨迹，填色为海表高度异常（SLA），箭头为海表流速异常。d和g为涡中心（红实线）和浮标所在位置（红虚线）海表高度异常随时间变化，黑线为浮标相对涡中心距离。e和h为浮标轨迹相对涡中心位置。
图2. 同步观测的气旋涡（CE）和反气旋涡（AE）内叶绿素（Chl）、浮游植物碳（CPhyto）、浮游植物碳比叶绿素（ = CPhyto/Chl）和初级生产力（NPP）垂向分布随时间变化。图中黑色线条为混合层深度，青色线条为真光层深度。
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