南京信息工程大学杨元建教授与南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）唐丹玲教授合作研究，在天气尺度上不同大气环流型对南海沿岸上层海洋生态环境的影响方面取得重要进展。研究揭示出天气环流形势变化通过调节当地的局地气象和水文条件使得叶绿素a浓度呈现不同的时空变化 ，调控了局部地区初级生产力，加深了对海洋“风泵”对于南海上层复杂的多时空尺度生态环境影响效应的认识。

   该研究成果最近在国际遥感学术期刊Remote Sensing上发表，第一作者为刘淑鸿、杨元建, 通讯作者为GML的唐丹玲，合作者包括中科院西安地球环境研究所晏宏和香港中文大学宁贵财等。

 

 

   大范围的大气环流模式决定了气压系统的配置和主要的气流模式，而在天气尺度上不同大气环流变化会改变海域上方的降水、光照、气温、风场、海温等水文气象参数，导致海洋上层生态物理环境发生短期变化。目前国内外学者对南海叶绿素a浓度的研究较多，多集中在叶绿素浓度的季节、年际、年代际变化特征及成因，而在天气尺度上的研究多主要集中台风天气过境南海前后的局地叶绿素浓度变化。由于光学遥感叶绿素容易受到云降水等不利条件的影响，在短周期天气尺度的叶绿素变化研究相对较少，特别是日变化特征。目前，海洋“风泵”不同天气型的气象水文条件差异对南海海表叶绿素的时空变化尚不清楚，有待深入研究。

   该研究应用T模态主成分分析客观天气分型法将2015-2018年夏季每日天气环流形势进行分类，得到南海上空的与夏季西太副高的移动发展有关的四种大尺度天气环流类型（图1），进一步利用日本葵花八卫星反演的叶绿素浓度、光合有效辐射以及其它卫星反演的降水、风场等信息，系统探究了南海夏季叶绿素度在四种大尺度环流类型背景下的时空差异特征。不同类型环流形势下叶绿素a（图2）距平呈现明显的差异，尤其是在近岸区域。对比发现Type2相对来说大部分海域叶绿素a偏高，Type4除了部分海域则整体偏低。Type1和Type2中广东沿岸出现正异常，而Type3和Type4中出现负异常，尤其是Type2和Type4中异常显著。此外Type1和Type3中越南南部海域出现的降低和增高也异常明显，以及北部湾南部海域Type1和Type4也差异明显。

 

图1 基于500hPa位势高度（填充）大气环流的客观分类结果以及不同天气环流下的风场（矢量）

 

图2 四种天气型下叶绿素a浓度距平（mg m–3）空间分布，灰色点为显著性差异的区域

 

   南海不同天气型下不同区域叶绿素a浓度的变化在近岸三个区域尤为明显（图2d中黑框区域）。进一步定量计算了气象水文要素（风场，风速，光合有效辐射以及降水等）距平百分比（如图3）发现，局部海域不同背景环境的叶绿素a差异是不同天气环流型下的局地气象要素以及当地海洋水文和地形环境因素（例如，Ekman运输，Ekman抽吸，海温，近岸和离岸区域）变化起主要作用。特别在强西南季风控制的天气型下，强Ekman运输和Ekman抽吸造成越南南部近岸区域高叶绿素a浓度带明显；此外，陆源降水和海洋上空降水对近岸的叶绿素a变化的调节作用相反。

 

图3 近岸区域（图2d中黑框）四种天气类型下的水文气象要素距平百分比：（a）–（c）为区域A、B和C海洋降水和陆源降水；（d）–（f）为区域A、B和C叶绿素a、海表温度、光合有效辐射以及海面风速

 

   就这三个近岸海域的叶绿素a的日变化（图4）而言，叶绿素a均在1300时开始出现急剧增长，在下午接近傍晚时爆发高值，其中B区域在1500（LST）达到最高，其他两个区域在1600（LST）达到最高。A区域日变化Type4明显较其他类型低，以及B区域Type3和Type4时叶绿素a浓度较高，这些都说明不同天气型下叶绿素a的日振幅发生了变化。

 

图4 近岸区域在白天每小时（0900–1600 LST，LST=UTC + 8）的平均叶绿素a浓度（mg m–3），变化，近岸区域为图2d的黑框

 

   此外还发现，Type1和Type2是南海季风年度周期的一部分，而Type3和Type4更可能是短期扰动，并且受台风影响更大（图5）。台风对南海大部分海域的初级生产力有正贡献，但在广东近岸海域四类天气型下叶绿素a出现了不同程度的降低，这是由于台风过后扰动了上层海洋的水文环境，即海水变浑浊，降低了光合作用效率，抑制了浮游植物的生长。从局部风向风速与叶绿素a的关系来看，台风风泵还是呈现正贡献的，台风带来的强风速对应高叶绿素a浓度。该研究成果丰富了海洋风泵理论。

 

图5 台风影响下四种天气型的叶绿素a浓度百分比并且叠加不同天气型下相应台风路径

 

   论文：Liu, S.H.; Yang, Y.J; Tang, D.L*.; Yan, H.; Ning, G.C. Association between the Biophysical Environment in Coastal South China Sea and Large-Scale Synoptic Circulation Patterns: The Role of the Northwest Pacific Subtropical High and Typhoons. Remote Sensing, 2021, 13, 3250. https://doi.org/10.3390/rs13163250

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   U项目成果：http://www.lingzis.com/%E7%BD%91%E7%AB%99/research/paper%20list.html