基于生物Argo的西北太平洋浮游植物与黄色物质的相关性研究

Phytoplankton and colored dissolved organic matter (CDOM) are two of important components impacting on the ocean ecosystems and optical properties, their correlation to some extent reflects the relationship between particle organic carbon (POC) and dissolved organic carbon (DOC), as well as the source-sink mechanism of CDOM..Due to lack of observation data, there still exists a debate on the main source of CDOM in the open ocean, which is phytoplankton direct production or bacterial degradation production. Besides, there is not a convincing explanation on the cause of weak negative correlation between CDOM and chlorophyll-a in the northwestern Pacific..As a novel autonomous profiling float integrated with various bio-optical and biogeochemical sensors, Bio-Argo fills the gap between ship-based measurements with low spatiotemporal resolutions and satellite remote sensing that cannot observe vertical distributions, playing an important role in future observational strategy and oceanographic research. .Based on the data of 14 Bio-Argo floats which are going to be deployed in the northwestern Pacific, as well as on the ship-based measurements and satellite remote sensing data, this project will analyze the correlation between phytoplankton and CDOM, as well as its causes, improve CDOM one dimensional model, evaluate the distributions of different sources and sinks, and reveal the main sources of CDOM within different layers. The expected results will be helpful to a better understanding of regional bio-optical properties, ecosystem features and carbon cycle processes in the northwestern Pacific.

浮游植物和黄色物质是影响海洋生态系统与光学特性的两个重要组分，两者的相关性在一定程度上体现了颗粒有机碳与溶解有机碳之间的相互关系以及黄色物质的源汇机制。.由于观测数据的缺乏，大洋水体中黄色物质的主要来源是浮游植物直接产生还是微生物降解产生仍然存在一定争议，关于西北太平洋表层黄色物质与叶绿素a之间负相关关系的成因尚无定论。.生物Argo是集成各种生物光学与生物地球化学传感器的新型自持式剖面浮标，它极大地弥补了船基测量时空分辨率低的缺陷和卫星遥感无法观测深层海洋的不足，对未来的海洋观测与研究将产生巨大的影响。.本项目利用即将投放在西北太平洋的14台生物Argo浮标数据，结合船载调查与卫星遥感观测，分析该海区浮游植物与黄色物质的相关性并探讨其成因，发展黄色物质的一维模型，评价不同源汇过程的贡献，揭示黄色物质的主要来源。研究结果有助于进一步认识西北太平洋的生物光学特性、生态系统特征以及碳循环过程。

浮游植物和黄色物质是影响海洋生态系统与光学特性的两个重要组分，两者的相关性在一定程度上体现了颗粒有机碳与溶解有机碳之间的相互关系以及黄色物质的源汇机制。由于观测数据的缺乏，大洋水体中黄色物质的主要来源是浮游植物直接产生还是微生物降解产生仍然存在一定争议。基于海洋二所自2018年开始连续投放的14台生物地球化学Argo浮标观测数据以及海洋生态模型模拟数据分析发现，(1) 以南海、西北太平洋为代表的贫营养水体，存在明显的分层现象，表层叶绿素主要受到浮游植物光适应过程的调控，浮游植物生物量与黄色物质的耦合关系较弱，甚至存在负相关关系，叶绿素与黄色物质的正相关关系，主要由于两者都受到光照的调控（光适应与光漂白）；(2) 次表层DOC的生产与浮游植物初级生产力高度相关，表明存在浮游植物-微生物-黄色物质三者的强耦合关系，黄色物质虽然主要通过微生物降解产生，但由于三者的强耦合关系，导致浮游植物与黄色物质的相关性很高，生物碳泵通过浮游植物初级生产力可以调节海洋上层的DOC与黄色物质含量；(3) 然而，在天气尺度事件的影响下，三者之间的耦合关系将被打破，西北太平洋冬季藻华过程并未立即影响黄色物质含量，但中层水的黄色物质含量存在一个逐渐累积的效应。本研究证实了对于贫营养海区，上层黄色物质主要的源是微生物的降解（而不是中层水的垂向补充），主要的汇是混合层的光漂白过程，研究结果有助于进一步认识西北太平洋以及其他贫营养海区的生物光学特性、生态系统特征以及碳循环过程。