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智利海域中尺度涡旋对海表叶绿素分布影响

王云涛   2018-09-27

      近日,我室王云涛副研究员与河海大学联合培养博士生张浩然等利用卫星遥感数据,探讨了智利沿岸附近海域,中尺度涡旋对海表叶绿素分布的影响,并揭示了涡旋不同空间尺度下叶绿素特征的差异,该成果发表于国际著名期刊PLOS ONE。

      中尺度涡旋的活动对海洋生物地球化学环境有着重要影响。之前有关涡旋对海表叶绿素影响的研究主要是通过平均化处理,将整个涡旋范围内的叶绿素异常值的总平均作为一个整体响应来进行探讨。然而,在相对涡旋中心的不同距离上,涡旋动力过程会呈现出较大的区别,这也进一步导致了在涡旋影响范围内的不同区域,海表叶绿素分布受涡旋的影响很可能不一致,而目前的研究对这一点的探讨仍具有较大不足。为此,本研究选取涡旋活动较为丰富的智利沿岸海域,利用海表高度极值法检测中尺度涡旋的中心位置、面积、振幅(气旋式涡旋为负,反气旋式涡旋为正)以及半径(假设涡旋为标准圆形)。随后利用涡旋中心位置与半径,检索出对应空间位置和时间上的海表叶绿素浓度。最后依据相对涡旋中心距离(距心距离)的不同,分别对其叶绿素异常值与涡旋振幅异常值做线性拟合,并对所有涡旋进行标准化处理。

      研究结果显示(图1),在涡旋边缘以外(距心距离大于1.35倍的涡旋半径),得到显著地正相关的线性拟合,表明气旋(反气旋)式涡旋在该区域呈现出相对较低(高)叶绿素异常值的特征;沿着涡旋边缘(距心距离在1倍与1.35倍半径之间),叶绿素异常与涡旋振幅异常值之间的线性关系不显著,表明该区域叶绿素浓度变化受正反气旋式涡旋的影响并无明显差异;而在涡旋内部(距心距离小于1倍半径),线性拟合呈现显著负相关,表明气旋(反气旋)式涡旋在该区域呈现出相对较高(低)叶绿素异常的特征,与涡旋边缘以外相反。这种叶绿素异常值对涡旋振幅在涡旋内部以及边缘以外区域不同的响应特征,在智利沿岸及外海普遍存在,该响应特征的转换区域大多集中于约1.2倍涡旋半径的位置处并呈现一定的变化(图2);这是由于涡旋的动力过程可能会受到岛屿或者地形的影响,从而引起次中尺度过程的变化。

      本研究丰富了对涡旋动力过程及其引起的生态响应差异的认识,提出了利用距心半径衡量气旋涡与反气旋涡引起海表叶绿素分布差异的方法,对下一步开展次中尺度过程研究,揭示形成叶绿素响应差异的动力过程具有重要的指导意义。

 

引用:Wang, Y., H.-R. Zhang, F. Chai and Y. Yuan. Impact of mesoscale eddies on chlorophyll variability off the coast of Chile. PLOS ONE, 2018, 13(9): e0203598.



图1. 标准化处理后,涡旋边缘外(上)、边缘附近(中)以及涡旋内部(下)叶绿素异常值与涡旋振幅异常值的线性拟合


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图2 (左)涡旋影响范围内,叶绿素异常值与涡旋振幅异常值的线性相关系数分布;(右)响应转换区域的相对半径随离岸距离的变化