南京信息工程大学杨元建博士与唐丹玲教授（南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）（GML）、广东省海洋遥感重点实验室（LORS）（中科院南海海洋研究所）)、中科院西安地球环境研究所晏宏研究员、刘成程博士、香港中文大学环境、能源及可持续发展研究所宁贵财博士等合作，在天气尺度的低空急流（LLJs）事件对北部湾上层海洋生态环境影响研究取得重要进展。该研究成果最近在国际遥感学术期刊Remote Sensing上发表，第一作者为南京信息工程大学大气物理学院的刘淑鸿同学。

 

 

   LLJs事件通常在600hPa（大约4500米）以下出现，具有较大的水平和垂直风速切变，是水平动量集中的强而窄的气流带，可以带来强风、为强对流天气输送充足的水汽。夏季的北部湾沿岸是LLJs的高发区（图1），边界层内存在显著的大风天气和急流水汽输送，显著影响着当地的风场和降水等气象水文条件在天气尺度上的变化。在天气尺度上，相对于台风而言，发生在沿海或海洋上空的LLJs对上层海洋生态环境的影响研究尚不多见。

 

图1 北部湾6-8月的低空激流发生概率的空间分布

 

   该研究利用多源卫星遥感资料和高分辨率气象再分析资料，以北部湾（104–112°E, 15–23°N）为研究区域，研究了2015–2019年夏季6-8月间叶绿素a（chl-a）在有LLJs事件和无LLJs事件发生情况下的时空分布差异特征及其潜在的驱动因子。研究表明，LLJs引起了chl-a浓度明显的季节内变化。LLJs主要由西南季候风、北部湾的特殊地形和海陆热力差异等因素引起的。LLJ天比非LLJ天时北部湾中部离岸远海处的chl-a浓度都是降低的，但在近岸有多处不同，主要是以为增加为主（图2）。

 

图2 Chl-a浓度在LLJ天减去非LLJ天的差值（灰点为通过显著性检验区域）:(a) 6月，(b) 7月，(c) 8月和(d)夏季平均

 

   总的来看，相对于非LLJs天，LLJs事件发生时，海表风速明显增大，海湾上层的艾克曼抽吸作用明显增强（图3）。同时，除北部沿岸以外，大部分海域在LLJs发生时的光照较强，且降水较少。特别地在近岸地区（图2中黑框A：北部、B：中西部和C：南部），由于LLJ发生时当地的水文气象因子之间竞争机制的不同，导致chl-a浓度和SST变化在季节内有明显不同。北部和中西部地区潮汐较弱，主要是LLJ天时更强的混合和上升流，使得chl-a浓度更高。此外，与LLJ引起的季节内降水变化有关的陆源物质排放也影响着这两个近岸区域的chl-a和SST的变化。与此不同的是，靠近海湾口的北部湾南部地区，受到下沉流和光合有效辐射（PAR）的竞争作用，在LLJs发生时6月有更强的下沉流时，则导致chl-a下降，8月则是光照强主导使chl-a浓度增长。上述水文因子的变化与地形和地理条件相结合，共同调节了上层海洋环境的变化，导致北部湾大部分地区的海表温度（SST）增加，近岸地区chl-a浓度增加，离岸远海地区chl-a浓度降低。

 

图3 艾克曼抽吸速度（填色）和海表10m高度的风速在LLJ天（a-d）和非LLJ天（e-f）的均值:(a) 6月，(b) 7月，(c) 8月和(d)夏季平均

 

   同时还发现三个近岸地区的LLJ发生率和强度都有不同的日变化特征，这对海湾chl-a浓度的半日变化有较大影响。LLJ天chl-a浓度的半日峰值和振幅均大于非LLJ天（图4）。不同的是，在海湾口的低chl-a浓度区域，半日变化波动明显，但半日变化的振幅最低，LLJ天与非LLJ天的差异小，可能是处于与开放海域相接的位置，海水交换频繁，LLJs相对影响弱。

 

图4 近岸区域（图2中的黑框）LLJ天和非LLJ（non-LLJ）天chl-a浓度的半日变化，(a) 区域A，(b) 区域B和(c) 区域

 

   以往的研究表明， 北部湾上层海洋中chl-a浓度在季节尺度和年际尺度上变化显著且存在区域差异，在天气尺度上多集中在台风对chl-a浓度的影响方面。相比而言，该研究率先发现了天气尺度LLJs事件通过调节局地的水文气象因子变化，如PAR、降水、海面风场和Ekman抽吸（如图5），从影响北部湾上层海洋生物物理环境（chl-a和SST）的季节内变化和半日变化特征。需要注意的是，在与LLJ事件有关的季节内和半日变化过程中，来自海洋内强迫的扰动需要更全面的观测和数值模拟试验来排除，如潮汐过程、海洋中尺度涡动过程、海面流、海底地形引起的深海流等。总的来说，天气尺度的 LLJs事件在日变化以及季节内等多个时间变化尺度上对海洋生态物理环境具有不容忽视的潜在调节作用。

 

图5 水文气象要素和chl-a对LLJs的响应示意图（阴影表示LLJs的发生率），(a) 6月，(b) 7和(c) 8月

 

   该项研究获得国家自然科学基金 （42061134009）、广东省特支计划创新团队项目（2019BT02H594）、南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）人才团队引进重大专项（GML2019ZD0602）、中国科学院南海生态环境工程创新研究院项目（ISEE2019ZR02）、广东省海洋遥感重点实验室LORS开放基金（2017B030301005-LORS2001）、和黄土与第四纪地质国家重点实验室开放基金（SKLLQG2010）等联合资助。

 

论文通讯作者：杨元建博士

 

  论文链接：Liu, S.H.; Tang, D.L.; Yan, H.; Ning, G.C.; Liu, C.; Yang, Y.J. Potential Associations between Low-Level Jets and Intraseasonal and Semi-Diurnal Variations in Coastal Chlorophyll—A over the Beibuwan Gulf, South China Sea. Remote Sens. 2021, 13 (6), 1194; https://doi.org/10.3390/rs13061194

  论文PDF原文见#166：http://www.lingzis.com/journal article.htm