黄海冷水团次表层叶绿素最大值层的形成机制及其对初级生产力贡献研究

The subsurface chlorophyll maximum (SCM) is a ubiquitous and prominent phenomenon in the world oceans, with great ecological significance and various formation mechanisms. Yellow Sea Cold Water Mass (YSCWM) is one of the most important physical features of the Yellow Sea throughout the summer season where the SCM is widely observed. In the present study, the formation mechanism of the SCM in the YSCWM and its contribution to primary production would be carried out via field observation, in situ experiments and numerical modelling. The aims are as follows: (i) to quantitatively describe the vertical profile of SCM characteristics and the relatvent physio-chemical parameters; (ii) to give the detailed information about the size structure and species composition of phytoplankton in the YSCWM with special reference to SCM; (iii) to evaluate the relative importance of phytoplankton in situ growth, sinking velocity, zooplankton predation as well as photoadaptation to the contribution of SCM formation with 1-D physical-biogeochemical model; (iv) to quantitatively calculate the contribution of SCM to the annual primary prodution in the Southern Yellow Sea. The results of the study are supposed to provide direct evidence to the ecological significance of SCM in the Yellow Sea and help to improve the biological parameters in the marine biogeochemical models.

次表层叶绿素最大值（SCM），是全球海洋具有共性的浮游植物垂直分布特征之一，具有多种形成机制和重要的生态学意义。黄海冷水团区域是我国陆架海上重要的水文现象，夏季SCM广泛分布且相当显著，是研究SCM的理想海域。本项目拟通过补充观测、现场实验和数值模拟手段，对夏季黄海冷水团盛行时期SCM的形成机制及其对初级生产力的贡献展开研究，精确描述该海域浮游植物及其相关物理化学影响因子的垂向分布，明确SCM水层的浮游植物的群落结构特征及其与表层水体的差异，探讨浮游植物生长、浮游植物沉降、细胞内色素的光适应、浮游动物摄食以及浮游植物种类组成与粒径差异等因素和过程对SCM形成机制的相对贡献，计算和评估夏季SCML对南黄海全年初级生产力的贡献。为深入理解南黄海浮游植物垂向分布特征及形成机制，预测浮游植物对气候变化的响应提供直接证据，为准确估算海域的初级生产力以及为校正海洋生物地球化学模式参数提供参考依据。

次表层叶绿素最大值（SCM）是全球海洋浮游植物垂直分布中的共性特征之一，具有多种形成机制和重要的生态学意义。黄海冷水团（YSCWM）是我国陆架海上重要的水文现象，夏季SCM广泛分布且显著，但先前的研究多集中于浮游植物春季水华，对夏季浮游植物垂直结构及其机制的研究非常有限。本项目通过补充观测、现场实验和模型计算相结合的手段，首次对夏季YSCWM盛行时期SCM的分布范围和年际变化以及浮游植物垂向结构等进行了精细化描述，探讨了该海域SCM的形成机制并初步评估了SCM水层对初级生产力的贡献，得到了以下重要结果：（1）夏季黄海中部的SCM现象是比较稳定的生物学特征：SCM的分布区域总体与YSCWM的范围一致，南部边界大致在33.5°N附近，西部边界大致在122.5°E，多数站位的SCM深度在20-30m之间，且位于温跃层的底部和营养盐跃层的上部，较浅的垂直位置和较高的Chl a浓度与黄海属于中等程度营养水体的性质相一致；由气候条件引起的YSCWM年际变化对SCM分布和结构具有一定影响。（2）YSCWM浮游植物群落结构垂向差异不明显，均以微微型浮游植物占主导，其对细胞丰度和碳含量的贡献率均>90%，而小型和微型浮游植物中甲藻占优势，SCM层的光合作用活性和Chl a:C比值明显高于表层水体。（3）浮游植物的活跃生长和光适应是驱动研究海域SCM形成的主要机制，甲藻的垂直迁移可能是SCM的辅助形成机制。（4）现场营养盐添加实验结果表明，SCM层的浮游植物生长受到磷和氮的共同限制，且受磷限制更严重，由物理过程扰动所带来的营养盐输入会增加浮游植物光合活性和硅藻的优势度，从而对整个SCM浮游植物群落产生显著影响。（5）现场实测数据结合模型的初步计算表明，SCM水层对真光层初级生产力的贡献约为50%，与CbPM模型计算得到的SCM水层初级生产力贡献率的全球平均水平相当。本项目研究结果为深入理解南黄海浮游植物垂向分布特征及形成机制、预测浮游植物对气候变化的响应等提供了直接证据，为准确估算海域初级生产力及校正海洋生物地球化学模式参数提供了重要依据。