黑潮延伸体的动力模态特征对初级生产力的影响研究

Kuroshio Extension is one important component of the Western Boundary Current System in the North Pacific Ocean. It is the region characterized with strongest eddy kinetic energy over the global ocean. Nutrient transport induced by mesoscale eddies plays a key role in supporting the primary production and the development of ecosystem. The physical-biological processes in Kuroshio Extension has been identified as a major focus for the study of physical oceanography. Depending on the dynamics, the Kuroshio Extension can be classified into two dynamic state: stable state and unstable state. There is large difference of corresponding ecosystem between individual dynamic state. Former studies have well discussed the physical processes; however, few researches investigated the development of ecosystem. This is at least because the limitation of observations that remote sensing can only obtain measurement at ocean surface, and in-situ measurement can hardly cover the entire temporal and spatial range. Thus, the coupled physical-biological model is a crucial approach for conducting scientific researches regarding marine ecosystem. The project will fully analyze the output from a high-resolution ecosystem-based physical-biological coupled model in the North Pacific Ocean. The responses of physical and biological parameters distribution, mesoscale eddies dynamics, nutrient transport and primary production to the state of Kuroshio Extension will be investigated. The project will improve our understanding for the spatial distribution and temporal variability of primary production induced by the different states of Kuroshio Extension.

黑潮延伸体是北太平洋西边界流黑潮的延续，是全球海洋涡旋活动最强烈的海域之一，涡旋所引起的营养盐输送支持了该区域丰富的初级生产力。因此，黑潮延伸体的物理-生态过程是物理海洋学研究的关注焦点。基于黑潮延伸体的动力特征，能够将其划分为稳定态与非稳定态两种模态，在不同的动力模态下初级生产力呈现出显著地差异。尽管前人对黑潮延伸体动力过程的研究已臻完备，然而对其生态过程的研究仍有不足。鉴于现场观测和遥感数据时空分布的局限性，利用数值模式研究该区域初级生产力的变化特征具有重要的科学意义。本项目将通过对北太平洋高分辨率物理-生态耦合模式结果的分析，对黑潮延伸体的动力模态特征进行划分，刻画黑潮延伸体处于稳定态及非稳定态时，对应的参数三维分布特征、涡旋动力过程，以及引起的物质传输和初级生产力的响应。项目成果将有助于厘清黑潮延伸体不同动力模态对其初级生产力的影响机制，刻画初级生产力的时空特征。

本项目研究黑潮延伸体动力模态特征对初级生产力的影响，执行年限为2019年1月至2021年12月，旨在厘清黑潮延伸体区动力过程的时空特征，及黑潮延伸体处于不同动力模态时，该区域初级生产力的响应特征影响这一国际前沿的科学问题。.黑潮及其延伸体区是全球海洋碳循环重要的场所，北太平洋西边界流黑潮的延续，是全球海洋涡旋活动最强烈的海域之一，涡旋所引起的营养盐输送和锋面引起的营养盐聚集支持了该区域丰富的初级生产力。因此，黑潮延伸体的物理-生态过程是物理海洋学研究的关注焦点。由于受到大尺度信号的影响，该区域呈现出稳定态和非稳定态两种模态，每种模态通常维持几年时间，不同模态引起锋面等海洋动力过程的差异，进而造成初级生产力的响应。厘清不同动力模态影响下，黑潮延伸体区域的动力特征及其生态响应是本项目的重点研究方向。风场作为影响海洋动力过程的重要因素，本项目进一步拓展研究了黑潮、南海西部等典型西边界流区域海气相互作用过程，定量分析了风场驱动下海洋锋面、上层海洋温度和叶绿素的响应特征。通过对风场、锋面及海气相互作用的研究，能够加深对边界流海区动力和生态系统的理解，增进对海洋生态动力过程和碳循环的认识。.本项目将通过对北太平洋高分辨率卫星遥感、再分析资料、物理-生态耦合模式结果的综合分析，对黑潮延伸体的动力模态特征进行划分，刻画黑潮延伸体处于稳定态及非稳定态时，对应的参数三维分布特征、涡旋动力过程，以及引起的物质传输和初级生产力的响应。经过本项目的深入研究，刻画了黑潮延伸体区域海洋锋面等关键动力过程的时空特征及其对生态系统初级生产的影响，厘清了黑潮延伸体区稳定态和非稳定态两种模态下区域生态动力过程的差异。同时，针对中国南海的西边界区域，开展了中尺度海气相互作用以及台风对上层海洋影响的研究，发现风场对于驱动锋面形成具有重要的作用，而台风作为极端风场事件，通过驱动混合能够引起温度和叶绿素的显著响应，增进了对区域海洋动力和生态过程的认识。.项目负责人作为第一或通讯作者，发表相关SCI论文13篇于Journal of Geophysical Research-Ocean等主流期刊，指导毕业博士和硕士研究生各1人，获得后续国家自然科学基金面上项目、中国科学院战略性先导专项子课题等项目的资助。项目从科学研究、交流合作、研究成果、学生培养、科学普及等方面，圆满地完成了预期目标。