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中尺度气旋式涡旋增强海洋硅输出而非碳输出

2021/07/25点击次数:

2021年7月23日,《湖沼与海洋》(Limnology and Oceanography)杂志在线刊登了厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室周宽波博士为第一作者兼通讯作者的最新研究成果,题为Cyclonic eddies modulate temporal and spatial decoupling of particulate carbon, nitrogen, and biogenic silica export in the North Pacific Subtropical Gyre。该成果是周博士2020年发表在《地球物理研究杂志-海洋》(Journal of Geophysical Research: Oceans题为Transient enhancement and decoupling of carbon and opal export in cyclonic eddies工作的延续(https://mel.xmu.edu.cn/info/1012/5100.htm)。前文工作总结出涡旋作用下的碳输出通量相对于非涡旋参比而言并不一致,时有增强,时有减弱。而与另一重要生源要素硅相比,两者时而耦合,时而不耦合。该文提出造成这种局面的主因是涡旋内部的空间变化以及涡旋在生命周期内的时间演替。因此,在此基础上需要进一步回答:如果考虑了时间和空间变化因素后,中尺度涡旋最终能否增强碳输出或者硅输出?

基于此科学问题,最新研究统计了1993-2018年期间经过北太平洋流涡区ALOHA 时间序列站(A Long-term Oligotrophic Habitat Assessment, 22°45°N, 158°W) 所有存在输出通量(包含碳硅输出)观测记录的气旋式涡旋(如图1所示)。由于这些观测记录均来自涡旋的不同演化阶段和不同空间区域(比如核心区或者边缘区),因此综合分析这些数据能够从系统角度给涡旋作用对碳硅输出的调控作用。

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1 1993-2018年经过北太平洋流涡区ALOHA时间序列站的气旋式涡旋轨迹图。图中红色三角为ALOHA站位;白色五星为涡旋的起源点

结果分析所得,对于单个涡旋而言,无论是碳输出还是硅输出都存在很强变异性,这与已有发现一致。但是,如果综合分析所有涡旋的输出通量数据,并与不同非涡旋的参比相比较,结果表明硅输出通量增加了200 ± 80%,而对于碳和氮输出而言,其量级却与这些参比相当或者略微增加(如图2所示)。因此可得,综合考虑时间和空间的因素后,涡旋增强了硅输出,却并未增强碳氮输出。该研究也暗示未来研究可能需要调查其他碳输出途径以平衡进入真光层的营养盐通量。

2 气旋涡中不同元素(碳、氮、硅)的输出通量,储量以及它们之间的比值与非涡旋参考之间的比较。图中虚线为1:1线;BEP为涡旋观测前的参考值;AEP是涡旋观测后的参考值;MA为季节平均态;LA是长时间气候态

该工作得到了国家自然科学基金重点项目(41730533)和重大研究计划(41890804)的资助。该研究共同作者为:厦门大学戴民汉院士,南卡罗兰纳大学Claudia Benitez-Nelson教授,清华大学黄杰博士,中科院南海海洋研究所的修鹏研究员以及厦门大学孙振宇高级工程师。


论文来源:

Zhou, K.B*., Benitez-Nelson, C.R., Huang, J., Xiu, P., Sun, Z.Y., and Dai, M.H., (2021). Cyclonic eddies modulate temporal and spatial decoupling of particulate carbon, nitrogen and biogenic silica export in the North Pacific Subtropical Gyre, Limnology and Oceanography, 9999, 1-15. doi: 10.1002/lno.11895

论文链接:

https://aslopubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lno.11895