南海北部浮游动物昼夜垂直迁移的声学观测研究

In the ocean, diel vertical migration (DVM) is a widespread behavior among most species and orders of zooplankton. Traditional observing method, day-night pairs of net tows, is hard in data collecting and processing, which lacks sufficient and temporal resolution, and can't avoid the escaping response of zooplankton. The acoustic method provides a large-scale, rapid and effective observing method to study the corresponding relation between environmental change and marine plankton. A great deal of chemical power is transformed into aphotic oceanic mechanical energy, it is a possible energy source to maintain the stratification. These primary works need further studies to reveal the DVM’s influence on ocean energy balance, especially from the physical oceanographer. Basing on the previous observations and studies of us, we will analyze the speed, pattern and seasonal variation of DVM in the northern South China Sea with the echo intensity data of ADCP. We will analyze the DVM’s short-periodic variation, for example, the 14.2 d cycle and its mechanism, and discuss the relationship between weakening, halt of DVM and the surface chlorophyll concentration, typhoon, severe cold air, firstly. We wish published 2-4 papers relevant to this research, and more than 2 papers are accepted by SCI(E) cited journal.

浮游动物的昼夜垂直迁移活动广泛分布于大洋之中，基于拖网重复观测的传统方式，海上采集和实验室处理工作量大，且不能克服生物的躲避反应，缺乏有效的空间和时间分辨率。本申请项目采用的声学观测方式是一种大范围、快捷、有效的观测方法，非常适合用来研究垂直迁移与海洋环境变化相互响应的问题。浮游动物迁移活动将大量的化学能转化成机械能，这一能量有助于维持海洋层化，但这一方面的研究还没有得到物理海洋学者的高度重视。课题组将在已有工作基础上，利用ADCP 回声强度分析南海北部浮游动物昼夜垂直迁移的速度、模态及其季节变化，分析垂直迁移强度的周期变化和机制；讨论海表面叶绿素浓度减少、台风、强冷空气等是否是浮游动物昼夜垂直迁移减弱的控制因子，首次探讨浮游动物垂直迁移14.2天等短期变化的机制问题。预计完成相关论文2-4 篇，其中SCI（E）收录不少于2篇。

海洋的中层生活着大量的动物，然而这一层位于真光层以下，没有生产力，这就迫使大部分种类的浮游动物和弱泳生物垂直迁移至海洋表层进行觅食。生物在黄昏时分开始迁移至海表面，黎明时分下潜，这是最常见的垂直迁移模式，称作“nocturnal migration”。我们针对这一迁移模式开展观测研究，一台75K Hz的声学多普勒流速剖面仪被投放在南海陆坡上，水深约950米，仪器位于400米水深处，向上观测水体剖面中生物体的后向散射信号，这一信号经过校正后，可以转换为和浮游动物和弱泳生物丰度正相关的平均体积后向散射强度。利用此方法，本项目研究了南海陆坡上浮游动物和弱泳生物昼夜垂直迁移的规律，及其对环境变化，例如大小潮周期、满月、台风过境等的响应。主要结果有：a)浮游动物和弱泳生物下潜在日出时分最快，能达到-9.0 cm/s，平均-4.0 cm/s。最大上升速度发生在日落一个小时后，最大上升速度达到7.8 cm/s，平均-3.0 cm/s。b）南海北部陆坡，270米是生物昼夜垂直迁移的分界层，这一分层以下生物需要通过部分生物的昼夜垂直迁移在海表面摄取能量，补充生存必需。c）垂直迁移对大小潮、满月具有显著的响应特征，其中满月周期更显著。此外，112天的周期是流速最显著的周期变化（潮汐除外），生物的垂直迁移也有着显著的响应。d）超强台风“威马逊”和强台风“海鸥”经过潜标站位，影响了350m层的海洋环境，减弱了台风过境期间的垂直迁移活动，甚至影响了部分弱游泳动物白天的驻留深度。.本项目也观测了南海北部陆坡上流场的年季变化，认识了涡旋明显地增强了陆架和南海内部水交换，在冷暖涡对的影响下，这一水交换存在有趣的双层结构，100米以浅表层水流向南海内部，而100米层以下流向陆架。此外，本项目的研究工作还认识到，黑潮入侵南海受到吕宋海峡西侧较大的暖涡的影响。.以上研究工作，项目组成员发表了3篇文章，投稿1篇，其中3篇为英文文章。课题组长参加2次国际会议，1次国际项目交流，作口头报告3次。