海洋浮游植物粒径组成分布及其相关生态因素对台风的响应-基于遥感与现场观测资料的研究

With global warming, typhoon activity has been strengthening in both intensity and spatial coverage in the past several decades. Typhoons have a huge impacts on marine ecosystems, they can change the distribution of sea temperature, salinity, chlorophyll a concentration, phytoplankton, and thus can change marine primary productivity. Marine phytoplankton size classes can be divided into 3: picoplankton, nanoplankton, and microplankton; those 3 classes, together with their related marine ecological factors, such as pressure of carbon dioxide and seawater dissolved oxygen, have different response to typhoon. Up to now, however, our understanding of the response of the phytoplankton size classes, and related seawater dissolved oxygen, partial pressure of carbon dioxide, to typhoon is very limited. .This project, using in situ and satellite data, will investigate the impacts of typhoons on phytoplankton size classes and their ecological environmental factors in the South China Sea, and expound the response process of marine ecosystem to typhoon. The relationship between the maximum chlorophyll a specific photosynthetic rate and the sea surface temperature as well as the chlorophyll a concentration of three selected size classes of phytoplankton will be established. A new model of primary productivity for the three size classes of phytoplankton will be built by modifying the Vertically Generalized Production Model. By further accounting for other ecological factors, we will develop a coupled physical-chemical-biological model to study ecological effects of typhoon in the northern South China Sea. .The implementation of this project will lead to a more comprehensive understanding of typhoon’s ecological effects and its contribution to the global changes and carbon cycling, and also provide the scientific support for the fishery resources development and management; therefore, also contribute to the national ocean development strategy..

全球变暖增加了强台风的强度和频度，因此加大了台风对海洋生态系统的影响。台风可以引起一系列海洋物理过程，进而影响海洋生态系统，包括海水温盐度、浮游植物和海洋初级生产力等。浮游植物粒径不同，可分为微微型、微型和小型，其环境响应和生态效应不同。我们亟需认识浮游植物粒径组成及其光合作用相关因素对台风的响应。本项目拟用航测和卫星遥感数据对南海北部台风前后海水浮游植物粒径组成及其相关因素进行系统研究，阐明浮游植物粒径组成与海水溶解氧浓度、二氧化碳分压对台风的响应过程和机理；研究浮游植物不同粒径的遥感特征，探索构建南海三种粒径浮游植物遥感反演模型；构建南海台风扰动下海洋物理-化学-生态耦合的生态动力学模型。该研究有助于全面认识台风的生态效应及其在全球气候变化与碳循环中的作用，为南海渔业资源开发提供科学依据。

全球变暖加大了台风对海洋生态系统的影响。台风可以引起一系列海洋物理过程，进而影响海洋生态系统，包括海水温盐度、浮游植物、海表二氧化碳分压等。微微型浮游植物是开阔海洋固碳主力军，其环境响应和生态效应不同。我们亟需认识浮游植物组成、海表二氧化碳分压、溶解氧及相关因素对台风的响应。本项目收集了多源卫星遥感数据、获得多年南海航次海表二氧化碳分压、溶解氧、浮游植物粒径组成、叶绿素浓度和气溶胶等实测数据，阐明了海水溶解氧、海表二氧化碳分压和浮游植物组成对南海台风的响应过程；构建了南海微微型浮游植物（原绿球藻、聚球藻和超微型真核藻）遥感反演模型；构建了以南海北部为中心的三重嵌套海流物理模型系统。研究取得较好结果，项目期间发表专著1部；发表论文39篇，其中SCI论文28篇（第一标注22篇），EI论文2篇（第一标注2篇），中文核心论文 8篇（第一标注6篇）。 已经接受论文3篇（其中SCI论文2篇），超额完成项目预定目标。主要研究内容包括：1、南海浮游植物的三种粒径组成比例比较稳定，微微型浮游植物占比约80%，微型和小型浮游植物分别占比约15%和5%，台风对三种粒径组成的影响较小；2、发现南海台风过境引起海表二氧化碳分压的增加或降低，其主要原因是台风的风泵作用将富含DIC的深层水带至表层或降雨所致；台风引起海气二氧化碳通量的变化与台风过境之前的强降雨导致的不饱和CO2状态、之前存在的冷涡现象和台风的移动速度有关；3、南海水体DO垂直分布呈反S形，DO最大值深度在20-75m处，结合孟加拉湾的研究，揭示了台风引起了DO变化的三种类型；4、应用南海微微型浮游植物遥感反演模型获得了南海北部三种超微型浮游植物类群时空分布，分析了17例台风事件对其的影响；5、三重嵌套海流模型成功模拟了南海风场和潮汐驱动的水位、垂直平均流速、表层流速和盐度分布。模型分析发现台风早期阶段SST的降低主要是由上升流过程引起的，中期SST的降低主要是由垂直混合引起的。该研究有助于全面认识台风的生态效应及其在全球气候变化与碳循环中的作用，为南海渔业资源开发提供科学依据。