浮游植物春季水华生消的物理-生物耦合机制

Spring phytoplankton blooms are most eminent, episodic and recurrent events, yielding rapid increases in algal biomass, which are subject to their own flexibility to nutrients conditions and light availability in combination with other physical forcings. The central southern Yellow Sea, 50 m or more in depth and 90 km at least away from the coast, is a carefully-selected experimental field to distinguish the natural variability of algae productivity from anthropogenic impact.Due to the multiple sources of nutrients, the advection and diffusion is essential to understand the key impacting factors to trigering and tuning these blooms. Our previous studies have also revealed that there are possibilities for surface blooms or sub-surface ones with varying dominant species, which are thought to be related with changes in oceanic and atmospheric conditions. The project aims to dig deeper into the blooms to find out the key physical-biological factors leading to the occurrence, development and disappearance of them. The interdisciplinary data will be broadened and incorporated into further analysis, and a coupled model will be established based on state-of-the-artRegional Ocean Modelling Systems and the 13-component extended Carbon, Si(OH)4, and Nitrogen Ecosystem. This study will be able to clarify the temporal-spatial pattern of alage productions in the studying area. The project will enhance our knowledge on the role of algae blooms in the end-to-end marine food web systems.

浮游植物水华是生物量快速生长并积累的过程。水华的发展演变过程受物理和生物的共同作用。南黄海中部海域受人类活动影响较小，营养盐是水华限制条件之一且有多种来源。营养盐的补充和循环均较大程度地依赖于物理驱动因素的变化。前期研究已发现黄海中部可发生表层或者次表层水华，其优势藻类可不同，且优势种类也会交替变化，演变过程及时间尺度与水文、气象因素的变化有关。项目基于前期专题研究，扩充资料并深入分析不同类型水华的特点及与物理环境的关系，研制动力模式和13个变量的CoSiNE模式相互耦合的生态系统动力学模式，查明水华生消过程的关键物理-生物机理，弄清南黄海初级生产力的时空变化。研究结果有助于提高对浮游植物水华在海洋食物网中角色的理解。

浮游植物水华是浮游植物生物量快速生长并积累的过程，其发展演变受物理和生物过程的共同作用。浮游植物生长受营养盐和光的共同控制，其中营养盐的补充和循环均受混合和平流等因素的变化影响，主要驱动力来自风应力、潮流和余流作用；水下光强则受海水透明度和浮游植物的遮光效应的叠加影响。研究发现黄东海等海域可发生表层或者次表层水华，其中黄海主要发生春季水华、东海可发生春季和夏季水华，在水华过程中不同浮游植物种类会交替变化，其中甲藻水华会多次间歇性发生，第一次甲藻水华往往先于硅藻水华发生，但硅藻在营养盐充足情况下会持续较长时间；水华爆发及演变时间与水文、气象和营养盐等因素的变化有关。项目基于大量的现场观测和卫星观测，分析了南黄海中部和东海的浮游植物水华的季节变化，研制出了Regional Ocean Modelling Systems为基础的1/24°分辨率的黄东海动力模式，并和包括11个变量的CoSiNE生态模式成功进行了耦合，构建的生态系统动力学模式能合理模拟海表叶绿素浓度、硝酸盐和溶解氧浓度及其季节变化，合理再现了大风混合对营养盐补充的积极贡献并促进了水华发生的现象，也再现了层化持续稳定下长江口外底层水体溶解氧浓度逐渐降低并发展成为缺氧的过程，大风混合期间底层缺氧缓解，大风过后跃层逐渐增强而底层水体的溶解氧浓度又再次降低的现象。项目基于大面观测和断面观测构建了东海陆坡的营养盐通量的估算方法，得到了1993年至2014年跨陆架硝酸盐通量及其向岸和离岸分量，并对陆坡的三个区块（台湾东北部、中部陆坡和北部陆坡）的跨陆坡交换进行了定量比较，证实除了台湾东北对东海具有巨大的营养盐输入贡献外，陆坡中部和北部也对黄东海具有较大的营养盐贡献。研究研制的物理-生态耦合模型已用于业务化示范运行，可对长江口季节性缺氧和有害藻华现象进行模拟预测。