南海东北部中尺度涡对海表叶绿素a浓度的影响规律研究

基于南海东北部1998~2019年的多源卫星遥感数据和风场再分析数据, 较系统地分析了南海东北部涡旋内部叶绿素a浓度的分布特征, 通过量化统计和涡心坐标系参数合成等方法探究了中尺度涡对叶绿素a浓度变化的影响规律及潜在机制。结果表明: (1)南海东北部约有60%的中尺度涡旋内部存在叶绿素a浓度增加和减少的现象。(2)南海东北部中尺度涡内部叶绿素a扰动受到涡旋抽吸和涡致Ekman抽吸机制的共同调控, 其中约有38% (39%)的暖(冷)涡内涡旋抽吸的贡献更大, 21% (24%)的暖(冷)涡内涡致Ekman抽吸的贡献更大。(3)南海东北部中尺度涡生命周期内的海表叶绿素a浓度变化存在显著的阶段性差异, 在冷暖涡的生成期, 涡旋抽吸的作用更为显著, 而在冷暖涡的顶峰和消亡期, 涡致Ekman抽吸的作用更为明显。上述研究结果有助于理解南海东北部初级生产力对中尺度涡的响应过程与机理, 对认识海洋物理-生物耦合过程具有一定的参考价值和研究意义。     

南海海面高度年际变化的S-EOF分析

应用依赖于季节的经验正交甬数(S-EOF)分析,探讨了最近15a南海海面高度随季节演变的年际变化.S-EOF分析得出南海海面高度异常各模态不同季节的空间结构以及时间演变过程,证实了季风强盛期冬季和夏季基本模态的结构,还分离出了季风转换期(春季和秋季)海面高度的分布格局.结果表明,南海海面高度随季节演变的年际变化与厄尔尼诺和拉尼娜事件密切相关.S-EOF1的结果表明,南海海面高度的变化具有明显而稳定的季节振荡,但在ENSO年海面高度的季节振荡相对减弱;S-EOF2模态显示了1998-2001年间冬季吕宋岛西侧存在一个较强的正异常,且能一直持续到春季;S-EOF3模态主要体现了南海西部一系列中尺度涡状结构的年际差异,包含1997/1998年厄尔尼诺对南海环流的影响.     

阿拉伯海东南海域盐度收支的季节变化

采用SODA海洋同化产品的月平均资料,本文分析了阿拉伯海东南海域表层盐度的季节变化特征，发现局地海面淡水通量不能解释盐度的变化。两个典型区域的表层海水盐度收支分析表明，海洋的平流输送是造成阿拉伯海东南海域盐度冬季降低、夏季升高的主要原因，而淡水通量仅在夏季印度西侧沿岸区域造成盐度降低。冬季，东北季风环流将孟加拉湾北部的低盐水沿同纬度输送到阿拉伯海，然后向北输送，使表层海水盐度降低；夏季，西南季风环流把阿拉伯海西北部的高盐水向南、向东输送，使阿拉伯海东南海域盐度升高。受地理位置因素的影响，阿拉伯海东南海域表层盐度的变化冬季明显强于夏季。     

南黄海夏末叶绿素a的分布特征

根据1995年9月利用日本《神鹰丸》号调查船在黄海32°00'–35°00'N,122°00'–127°00'E海区的19个站位上进行的中日联合调查研究中叶绿素a含量的调查资料,探讨南黄海海区夏末初叶绿素a含量的变化、平面分布、断面分布和垂直分布状况,以及与海域环境因子之间的关系。在每个测站上作垂直取样,表层水用圆塑料桶取自海表面,深层水用日本提供的专用采水器采集,取出水样立即量取200ml,用玻璃纤维滤膜过滤浓缩,并加入2％的饱和碳酸镁溶液,防止叶绿素脱镁,然后保存在冰箱内（-1°C）,用冰桶带回实验室进行分析。将载有浮游植物的滤膜放入闪烁瓶内加入10ml 90％的丙酮溶液,在冰箱内提取24h。用萃取荧光法测定叶绿素a含量。结果表明,该海域的叶绿素a含量较高,平均值为1.14mg／m³,其变化范围为0.10–7.76mg／m³,最高值在次表层。（1）平面分布:各层次平面分布特征差异较大。33°00'–33°30'N之间叶绿素a含量均较低,低于0.50mg／m³。33°30'N以北,叶绿素a含量低于0.20mg／m³,而33°00'N以南,除济州岛附近的17–19导站以外,叶绿素a含量均较高,高于100mg／m³。（2）断面分布:水深在30m时,叶绿素a含量的高值区在20m以上水体的次表层中,而水深为50–80m时,其高值分布在20–40m的次表层中。（3）叶绿素a的垂直分布也体现了断面分布的特征。所以作者认为,光是浮游植物生长和繁殖的重要因子之一。     

近40年来中国湖泊叶绿素a浓度的时空分异特征分析

随着经济社会快速发展, 中国湖泊表现出不同程度的富营养化, 湖泊生态正面临着严峻挑战。叶绿素a是评价水体营养状态的重要指标, 可以反映湖泊中浮游植物生物量情况。基于Landsat系列数据集, 对1986~2022年间中国范围内面积在10 km²以上湖泊叶绿素a浓度分布状况进行研究, 并对各区域叶绿素a浓度演变趋势进行分析, 结果表明: (1) 中国湖泊叶绿素a浓度存在地域性空间分布差异。叶绿素a浓度分布整体呈现东南高, 西北低的态势, 大约69%的湖泊处于轻富营养化程度, 中富营养化状态约占17%。以35°N和100°E为分界线, 各区域叶绿素a浓度随经纬度呈现出一定的变化规律。(2) 近40年间中国湖泊叶绿素a浓度年均值处于缓慢波动上升趋势, 时间序列呈现先降低后升高, 再降低的变化状态。所有湖泊叶绿素a浓度显著上升的数量占比约为30%, 显著下降的占比约为24.8%, 变化不显著的约占45.2%。整体变化较为稳定, 变异系数处于中等波动水平以下, 波动较大的区域位于青藏高原, 东北地区和长江中下游的部分地区。(3) 各流域内湖泊叶绿素a浓度时空分异特征表现为: 空间分布上, 内陆流域和西南流域普遍较低, 珠江流域和东南流域较高。时间变化上, 除了西南流域和内陆流域的湖泊叶绿素a浓度呈现下降趋势外, 其他流域均为上升趋势。中国湖泊叶绿素a浓度呈现出明显的地域性差异和时间变化趋势, 这主要归因于地区气候、水文条件、土地利用以及人类活动变化等因素。受温暖湿润气候和较强人类活动的影响, 东南部地区的湖泊叶绿素a浓度相对较高。西北部地区气温偏低, 降水较少, 湖泊叶绿素a浓度普遍较低。近40年的时间尺度上, 受城市化、工业化快速发展和全球气候变化的共同影响, 中国整体湖泊叶绿素a浓度呈缓慢上升趋势。     

南海北部东沙天然气水合物区浮游植物生物量和生产力粒级结构特征及其环境影响分析

本文讨论了2013年5月南海东沙天然气水合物区浮游植物生物量和生产力粒级结构特征及其环境影响因素。结果表明，研究海域表现出典型的低营养盐、低叶绿素a、低生产力特征，浮游植物叶绿素a和初级生产力具有明显的次表层最大值现象。东沙海域生物量和初级生产力粒级结构差异性显著，从生物量和生产力贡献度来看，表现为微微型浮游植物> 微型浮游植物> 小型浮游植物。生物量的垂直分布结果表明，春季不同粒级类群浮游植物在真光层内的分布存在明显不同，比如小型浮游植物在真光层内分布较均匀；微型浮游植物则主要分布于近表层或真光层中部，而微微型浮游植物则主要分布于真光层中部和底部。微微型浮游植物在纬度较低的热带贫营养海区之所以能够占主导优势，最主要的原因是其极小的细胞体积和较大的表面积使其有利于营养竞争。相关性分析表明，南海东沙浮游植物各粒级生物量与温度、pH显著正相关，与硅酸盐、磷酸盐显著负相关；浮游植物各粒级生产力与温度显著正相关，与盐度、磷酸盐显著负相关。磷酸盐含量是影响东沙海域浮游植物粒级结构差异的重要因素之一，同时，光辐照度和水体的真光层深度对东沙天然气水合物区不同粒径浮游植物的垂直分布起着更为重要的调控作用。     

利用卫星高度计资料分析热带大西洋表层环流的季节性变化

利用1993年4月至2001年3月的TOPEX/POSEIDON卫星高度计遥感资料,研究了热带大西洋(15°S-25°N,50°W-5°W)海面高度距平和表层环流结构的季节性变化。研究结果表明:夏季和冬季海面高度距平分布呈相反的结构,低纬度海区(0°-15°N之间的海区)海表风应力旋度所产生的Ekman抽吸而导致的海面升降是该海区海面高度距平季节性振荡的重要影响因素。热带大西洋表层流结构大部分海域季节变化不明显,部分流系具有明显季节振荡,东向的北赤道逆流夏季强度较大,冬、春季流速较小;非洲沿岸流冬季流向为东南向,其他季节流向为东北向。值得一提的是,几内亚海湾表层流秋、冬季为东向,而春、夏季为西向。通过卫星跟踪ARGOS漂流浮标观测结果进行的对比验证表明,上述遥感资料分析的表层地转流场与海上观测结果一致。     

GEOSAT卫星遥感资料研究南海海面动力高度场和地转流场

利用GEOSAT卫星在1987年和1988年执行ERM任务的雷达高度计资料来分析获取南海海面动力高度偏差的季节分布.根据卫星轨道误差和海域的特点,提出了适用于内海及边缘海域的二维共线轨道校正法,由此方法而得出的南海海面动力高度偏差的季节分布表明,南海表层流场在夏季总的环流形势是反气旋式环流,而冬季是气旋式环流.分析的结果同海上常规调查资料的分析结果相比较表明,在海流季节变化信号较强的海区(如南海中部和北部海区),利用高度计资料能很好地反映该海区的海流季节变化特征.     

2016年春季西太平洋M2海山浮游植物粒级结构与初级生产力研究

2016年3月对西太平洋马里亚纳区域M2海山浮游植物粒级结构和分粒级初级生产力进行了观测,同时结合温度、盐度和营养盐浓度,研究了M2海山的总叶绿素a浓度的分布规律,不同粒级浮游植物对总叶绿素a的贡献率及其与环境因子的关系,初级生产力结构和分布特征。结果表明：M2海山各水层叶绿素a浓度变化范围分别为0.004—0.304mg/m³,平均叶绿素a浓度为0.094mg/m³。微微型浮游植物在整个调查区域内为最优势类群,对总叶绿素a浓度的贡献率达到了85%,微型浮游植物和小型浮游植物的贡献率均较低,分别为10%和5%。M2海山的叶绿素a浓度最大层均在100m深度附近的次表层,其中西南部和东南部为叶绿素a浓度高值区。M2海山的平均初级生产力为71.31mgC/（m²·d）,初级生产力的主要贡献者为微型和微微型浮游植物,其中微型浮游植物贡献率达到了72%,微微型浮游植物贡献率为28%。M2海山的海山效应不明显,浅海山（<200m）可能对浮游植物的生长存在促进作用。     

南海上层海洋温度垂向结构的反演

南海上层海洋温度垂向结构对海洋气候研究及海洋防灾减灾具有重要意义,然而由于现场观测数据有限,很难获取高时空分辨率的网格化数据。基于 2007–2021 年的 Argo 剖面数据、海面高度异常数据和月平均气候态数据,评估了两层动力模型和多层回归模型在南海海区反演海洋温度结构的性能。两层动力模型反演得到的 26 ℃(D26)与 20 ℃(D20)等温线深度的均方根误差分别 13.25 m 和 21.12 m,多层回归模型的 D26、D20 均方根误差分别 11.55 m 和 14.32 m。通过对比 2 种模型的结果：多层回归模型在时间与空间上反演结果性能更佳。2 种模型反演的南海上层海洋热含量空间分布较为一致,均能应用于台风“威马逊”的强度评估;然而,在南海特殊的强内潮的背景下,2 种模型得到的 D20 性能都有所降低。     

南海东北海域海面高度的多尺度变异

利用8a的TOPEX/Poseidon高度计资料,采用小波分析方法,研究南海东北部海域海面高度的多尺度变异.研究得出,南海东北部海域的海面高度变化主要受3个不同时间尺度因素的影响,其中最强的是季节变化(V_a)的影响,其周期范围为0.60～1.20a,它主要与海面高度的年循环相联系;其次是周期在0.17～0.45a(即2～5个月)的变化(V₂₅)的影响,它主要与中尺度时间周期引起的海面高度变化相联系.较小的一个因素是周期在1 50～5 00a的年际变化(V_i)的影响,它主要与El Niño事件引起的海面高度变化相联系.分析表明对8a平均而言,海面高度变化所引起的能量偏差V₂₅的高值区主要分布在吕宋海峡以西海域,在1995,1996和1999年出现最大值;偏差V_a的高值区分布在吕宋岛西北海域,在1995年出现最大值;年际偏差V_i的高值区位于台湾的西南海域,在1997～1998年El Niño事件期间达到最大.     

1998年春夏南海温盐结构及其变化特征

利用1998年5～8月“南海季风试验”期间“科学1”号和“实验3”号科学考察船两个航次CTD资料,分析了1998年南海夏季风暴发前后南海主要断面的温盐结构及其变化特征.观测发现,南海腹地基本被典型的南海水团所控制,但在南海东北部尤其是吕宋海峡附近,表层和次表层水明显受到西太平洋水的影响.季风暴发以后,南海北部表面温度有显著升高,升幅由西向东递减,而南海中部和南部表面温度基本没变,这使得南海北部东西向温度梯度和整个海盆南北向温度梯度均减小.北部断面表层盐度普遍由34以上降低到34以下,混合层均有所发展,是季风暴发后降水和风力加剧的结果.观测期间黑潮水跨越吕宋海峡的迹象明显但变化剧烈.4～5月,黑潮次表层水除在吕宋海峡中北部出现外,在吕宋岛以西亦有发现,表明有部分黑潮水从吕宋海峡南端沿岸向西进而向南进入南海.6～7月,次表层高盐核在吕宋海峡中北部有极大发展,但在吕宋岛以西却明显萎缩;虽然看上去黑潮水以更强的流速进、出南海,但对南海腹地动力热力结构的影响未必更大.一个超过34.55的表层高盐水体于巴拉望附近被发现,似与通过巴拉望两侧水道入侵南海的西太平洋水有关.     

南海北部表层颗粒有机碳的季节和年际变化遥感分析

海洋颗粒有机碳（POC）是海洋固碳的一个关键参数。为了研究南海北部陆架及海盆表层POC浓度的时空分布特征以及变化趋势,本文利用2009-2011年4个季节的实测数据,对NASA发布的MODIS/AQUA卫星月平均POC遥感产品,进行了验证和校正;并利用校正后的遥感数据分析了2003-2014年POC的时空分布特征和变化趋势。发现POC遥感产品与南海北部实测数据具有较好的线性关系（R2=0.72）,但存在系统性偏高,需利用实测数据对遥感数据进行区域性校正。分析校正后的遥感数据发现,南海北部陆架POC浓度较高,平均为（33.34±8.02）mg/m3;吕宋海峡西南海域浓度较低,平均为（29.25±6.20）mg/m3;中央海盆区浓度最低,平均为（27.02±4.84）mg/m3。春夏季POC浓度较低,最低值一般出现在5月,冬季（12月至翌年1月）POC浓度达到最高。利用2003-2014年的长时间序列遥感叶绿素（Chl a）和海表温度（SST）、混合层深度（MLD）模式数据,以及实测数据对南海北部POC浓度的影响机制进行了分析。发现POC与Chl a在秋冬呈现较好的相关关系（R2=0.51）,但在春夏季较离散,表明秋冬季生物作用对POC影响较大。2003-2014年期间,POC与Chl a、MLD及SST存在明显的年际变化,但并没有显著的上升或下降趋势。     

基于遥感数据对比南海和阿拉伯海夏季叶绿素a浓度

The South China Sea(SCS) and the Arabian Sea(AS) are both located roughly in the north tropical zone with a range of similar latitude(0°–24°N). Monsoon winds play similar roles in the upper oceanic circulations of the both seas. But the distinct patterns of chlorophyll a(Chl a) concentration are observed between the SCS and the AS.The Chl a concentration in the SCS is generally lower than that in the AS in summer(June–August); the summer Chl a concentration in the AS shows stronger interannual variation, compared with that in the SCS; Moderate resolution imaging spectroradiometer(MODIS)-derived data present higher atmospheric aerosol deposition and stronger wind speed in the AS. And it has also been found that good correlations exist between the index of the dust precipitation indicated by aerosol optical thickness(AOT) and the Chl a concentration, or between wind and Chl a concentration. These imply that the wind and the dust precipitation bring more nutrients into the AS from the sky, the sub-layer or coast regions, inducing higher Chl a concentration. The results indicate that the wind velocity and the dust precipitation can play important roles in the Chl a concentration for the AS and the SCS in summer. However aerosol impact is weak on the biological productivity in the west SCS and wind-induced upwelling is the main source.     

Numerical investigation of the South China Sea deep circulation

Based on a two-level nested model from the global ocean to the western Pacific and then to the South China Sea（SCS）, the high-resolution SCS deep circulation is numerically investigated. The SCS deep circulation shows a basin-scale cyclonic structure with a strong southward western boundary current in summer（July）, a northeastsouthwest through-flow pattern across the deep basin without a western boundary current in winter（January）,and a transitional pattern in spring and autumn. The sensitivity ...     

南海U形海疆线的生态环境分区特征

南海U形海疆国界线（简称南海U形线）是我国的南海国界线。该研究分析多源卫星遥感和GIS数据，系统研究南海U形海疆线水域的水深地形和环境生态要素，并重点分析2014年生态要素的季节变化，首次整体展现了南海U形线立体水深分布特征。根据海底地形的平缓、波峰、波谷和递增四大特征，将南海U形线分为东北、西北、东、西和南区5个区间。南海U形线总长大于4 000 km。西北区和南区的水深浅且变化平缓（<1 000 m），西区水深呈波峰分布（平均2 303 m），东区水深由南向北递增（>2 000 m）；东北区水深最深且呈波谷分布（平均3 535 m）。南海U形线的5个区间，西北区与北部湾盆地、西区与越东断裂、南区与曾母盆地、东区与南海海槽、东北区与马尼拉海沟地形构造相吻合。研究发现季风对南海U形线5个区间海洋环境季节性变化有明显影响:西北区和东北区海表温度温差大，呈冬季最低夏季最高，混合层深度冬季最深春季最浅，海表流场和海表盐度季节变化小，但西北区海表叶绿素a浓度冬季爆发，其余季节呈对数分布，而东北区冬季区内中部略有增长；西区、南区和东区海表温度盐度季节变化小，海表风场和混合层深度冬季最强春季最弱，但海表叶绿素a浓度西区季节变化小，南区区内中部冬季增长明显，东区区内南部冬季小幅增长。西北区和南区（浅地形区）呈相似的季节分布。研究阐明了5个区间具有各自明显的区域性海洋环境特征:西北区海表温度和海表叶绿素a浓度的季节变化最大、西区混合层深度季节变化最大、南区海表流场季节变化最大、东区海表盐度季节变化最大、东北区风场变化大但海表叶绿素a浓度季节变化小。研究显示，南海U形线上的台风路径时空分布南北差异大，东西不均。1945—2016年共604个台风跨过南海U形线，年均8个，路径集中在东北、西北、东3个区，112.3°E以东台风537个，112.3°E以西415个。南海U形线东北区的生态环境受台风"风泵效应"影响最大。1991—2000年为台风多发期，跨线台风年均达11个。研究提出的南海U形海疆线5区间分法，具有科学意义和实践指导作用。     

关于南海北部上层水团的分类及三维分布的研究

Using the fuzzy cluster analysis and the temperature-salinity(T-S) similarity number analysis of cruise conductivity-temperature-depth(CTD) data in the upper layer(0–300 m) of the northern South China Sea(NSCS), we classify the upper layer water of the NSCS into six water masses: diluted water(D), surface water(SS),the SCS subsurface water mass(U_S), the Pacific Ocean subsurface water mass(U_P), surface-subsurface mixed water(SU) and subsurface-intermediate mixed water(UI). A new stacked stereogram is used to illustrate the water mass distribution, and to examine the source and the distribution of U_P, combining with the sea surface height data and geostrophic current field. The results show that water mass U_P exists in all four seasons with the maximum range in spring and the minimum range in summer. In spring and winter, the U_P intrudes into the Luzon Strait and the southwest of Taiwan Island via the northern Luzon Strait in the form of nonlinear Rossby eddies, and forms a high temperature and high salinity zone east of the Dongsha Islands. In summer, the U_P is sporadically distributed in the study area. In autumn, the U_P is located in the upper 200 m layer east of Hainan Island.     

Effects of cold eddy on phytoplankton production and assemblages in Luzon strait bordering the South China Sea

The biochemical effects of a cold-core eddy that was shed from the Kuroshio Current at the Luzon Strait bordering the South China Sea (SCS) were studied in late spring, a relatively unproductive season in the SCS. The extent of the eddy was determined by time-series images of SeaWiFS ocean color, AVHRR sea surface temperature, and TOPEX/Jason-1 sea surface height anomaly. Nutrient budgets, nitrate-based new production, primary production, and phytoplankton assemblages were compared between the eddy and its surrounding Kuroshio and SCS waters. The enhanced productivity in the eddy was comparable to wintertime productivity in the SCS basin, which is supported by upwelled subsurface nitrate under the prevailing Northeastern Monsoon. There were more Synechococcus, pico-eucaryotes, and diatoms, but less Trichodesmium in the surface water inside the eddy than outside. Prochlorococcus and Richelia intracellularis showed no spatial differences. Water column-integrated primary production (IPP) inside the eddy was 2–3 times that outside the eddy in the SCS (1.09 vs. 0.59 g C m⁻²d⁻¹), as was nitrate-based new production (INP) (0.67 vs. 0.25 g C m⁻²d⁻¹). INP in the eddy was 6 times that in the Kuroshio (0.12 g C m⁻²d⁻¹). IPP and INP in the eddy were higher than the maximum production values ever measured in the SCS basin. Surface chlorophyll a concentration (0.40 mg m⁻³) in the eddy equaled the maximum concentration registered for the SCS basin and was higher than the wintertime average (0.29 ± 0.04 mg m⁻³). INP was 3.5 times as great and IPP was doubled in the eddy compared to the wintertime SCS basin. As cold core eddies form intermittently all year round as the Kuroshio invades the SCS, their effects on phytoplankton productivity and assemblages are likely to have important influences on the biogeochemical cycle of the region.     

Forced Rossby wave in the northern South China Sea

Time-longitude diagrams of monthly anomalies of TOPEX/Poseidon sea surface height (SSH), Levitus steric height, COADS wind stress curl, as well as meridional surface wind averaged over the northern South China Sea (SCS) from 18° to 22°N, exhibit a coherent westward phase propagation, with a westward propagation speed of about 5 cm s⁻¹. The consistency between oceanic and atmospheric variables indicates that there is a forced Rossby wave in the northern SCS. The horizontal patterns of monthly SSH anomalies from observations and model sensitivity experiments show that the forced Rossby wave, originating to the northwest off Luzon Island, actually propagates west-northwestward towards the Guangdong coast because of zonal migration of the meridional surface wind. The winter Luzon Cold Eddy (LCE), which has been found from field observations, can be identified as a forced Rossby wave with a negative SSH anomaly in winter. It corresponds to strong upwelling and a negative temperature anomaly. Sensitivity experiments show that the wind forcing controls the generation of the LCE, while the Kuroshio is of minor importance.     

Recent progress in studies of the South China Sea circulation

The South China Sea (SCS) is a semi-enclosed marginal sea with deep a basin. The SCS is located at low latitudes, where the ocean circulations are driven principally by the Asia-Australia monsoon. Ocean circulation in the SCS is very complex and plays an important role in both the marine environment and climate variability. Due to the monsoon-mountain interactions the seasonal spatial pattern of the sea surface wind stress curl is very specific. These distinct patterns induce different basin-scale circulation and gyre in summer and winter, respectively. The intensified western boundary currents associated with the cyclonic and anticyclonic gyres in the SCS play important roles in the sea surface temperature variability of the basin. The mesoscale eddies in the SCS are rather active and their formation mechanisms have been described in recent studies. The water exchange through the Luzon Strait and other straits could give rise to the relation between the Pacific and the SCS. This paper reviews the research results mentioned above.