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                厦门大学海洋与地球学院

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                戴民汉院士等人关于海洋中尺度涡旋的生物地球化∞学响应研究成果发表
                COE COE 2020/9/15 73 返回上页

                2020年9月10日, 《地球物理研究杂志-海洋》(Journal of Geophysical Research: Oceans)在线刊登了我院周宽波博士为第一←作者, 戴民汉院士为通讯作者▅,题为Transient enhancement and decoupling of carbon and opal export in cyclonic eddies的研究成★果。该研究围绕“中尺度涡旋如何影响海洋生物地球化学过程以及颗粒物质输出通量”这个热点问题,揭示了输出通量在中⊙尺度涡中的空间变化以及时间演替过程,同时也阐明了不同元素通量(比如:碳与硅)之①间的耦合与非耦合机制,为涡旋的生∏物地球化学研究提供了一个新〒的方向。

                海洋中尺度涡旋是全球大洋中普△遍存在的动力学现象,它的时间尺度一般为周至年,空间尺度为十●至百公里。研究表明在亚热带贫营养海●区,海洋气旋式涡旋能够使底层高浓度的营养盐涌升至表∏层,从而刺激浮游植物的生长以及增加海洋初级生产力,进而促进向下输出通量的↘增强。然而现◥场的观测结果显示,涡旋作用下的输出通量并不一致,时有增强时有减弱,在元素↓水平上,有时◥涡旋扮演的角色是“硅泵”而不是“碳泵”。而这些观测的普遍弱点是多集中于涡旋核心区而忽略了边缘区,另外涡▃旋存在明显的时间演替过程,而已有观∞测又多聚焦涡旋的某一发展阶段。基于以上事↘实,该研▲究采用高空间分辨率的采样模式同时々覆盖了涡旋核心区与边缘区,另外,在时间演替》上,针对两个处在不同发展阶段的涡旋进行观测 (比如成熟期和衰◇退期)。该研究№发现,无论是成熟期▃还是衰退期,涡旋边缘的输出通量均明显高于核心区,推测该高输出通⌒量可能是由颗粒物由核心区向边ξ缘区的亚中尺度水平输运,并在边缘区沉降造成。因此,只在核心区进∩行观测很有可能会低估涡旋所引起输出通量。另外,输出通量在涡旋的不同阶段亦有不同响应。在成熟期,输〓出通量明显增强,碳、硅通★量相对于非涡旋区域同时增强 (耦合),而在衰退期,输出通量明显减弱,碳相对于非涡旋区域并无二致∞,而硅仍有所增强(非耦合)。推测是由群落结构随涡〓旋时间演替的变动而造成:在成熟期,硅藻快速╱增长,而浮游动物捕食与细菌矿化分解速率仍相∏对较低,导致碳硅输出同时增强,而在衰退期,营养盐←供应逐渐变低,硅藻丰度迅速下降,浮游动物捕食逐渐增强,细菌矿化速率亦明显增强,而相对于硅而言╲,碳容易被分解矿化,最终导致碳硅通量的不耦合。综上,该研究提出了涡旋生物〒地球化学响应的新概念模型 (如图所示)。

                中尺度气旋式涡旋物理与生物地球化学演替的新概念模型

                研究最后指出,综合考量了空间和涡卐旋演替的因素,气旋涡可能更多扮演的是“硅泵”的角色而ω不是“碳泵”,并暗示未来海洋有可能会成为一个硅限制的海洋。

                该工作得到了国家自然科学基金重大研究计划(91328202)、重点项目(41730533)、重大项目(41890804)以及科技部重大科学研究计划(2015CB954000)的资助。中国科学院南海海洋研究所修鹏研究员、自然资源部第三海洋研究所王磊副研究员、南卡罗兰纳大Ψ 学Claudia Benitez-Nelson教授以及我院胡建宇教授为该研究共同作者。

                论文来源:

                Zhou, K.B., Dai, M.H.*, Xiu, P., Wang, L., Hu, J.Y. and Benitez-Nelson, C., (2020). Transient enhancement and decoupling of carbon vs opal export in cyclonic eddies, Journal of Geophysical Research: Oceans. 125, e2020JC016372. .

                 

                论文链接: