南海北部初级生产力遥感反演及其环境调控机制

选取VGPM模式对南海北部海域初级生产力进行反演,通过SeaWiFS和AVHRR提供的Chl a,K₄₉₀,PAR和SST等遥感数据产品计算得到了模式所需的各项参数,结合现场实测数据对模式进行了修订和误差分析.在此基础上通过反演计算获得了南海北部海域7 a平均(1998～2004年)初级生产力逐月分布图像.研究结果表明,研究海域初级生产力(C)分布趋势为由沿岸带向陆架以及外海逐渐降低,其中沿岸带区高于400 mg/(m2·d),外海区大致在100～300 mg/(m2·d);初级生产力水平冬季最高[平均为608 mg/(m2·d)]、夏季最低[平均为292 mg/(m2·d)],春、秋季基本持平.控制初级生产力时空分布的因子主要有营养盐、温度、光照,其中又以季风和环流驱动下的营养盐变化对初级生产力的调控最为显著.     

2016年夏季黄、渤海颗粒有机碳的分布特征及影响因素

本文根据2016年6-7月黄、渤海航次获得的调查数据，分析了黄、渤海海域颗粒有机碳（POC）的浓度变化、空间分布特征并结合盐度、叶绿素a、POC/PON、POC/Chl a平面分布特征和相关性分析，探讨了黄、渤海海域POC的来源和影响因素。结果表明:2016年夏季渤海海域POC平均浓度（500.2±226.5）μg/L，北黄海POC平均浓度（358.2±101.5）μg/L，南黄海POC平均浓度（321.0±158.1）μg/L，渤海海域POC浓度高于黄海，整个海域POC浓度表层高于底层。POC的平面分布特征为近岸高，外海低。调查海域表层POC/PON均值为8.89，POC/Chl a均值为182.52；中层POC/PON均值为8.87，POC/Chl a均值为179.56；底层POC/PON均值为9.41，POC/Chl a均值为178.80。黄海海域浒苔衰败对POC/PON与POC/Chl a影响较大。相关性分析结果表明渤海海域盐度、总悬浮物和叶绿素a与POC存在显著的相关性，是影响POC分布的主要控制因素。南黄海除表层POC浓度与盐度、总悬浮物和叶绿素a浓度有很好的相关性外，中层和底层POC浓度与盐度、总悬浮物和叶绿素a浓度不存在显著的相关性。渤海海域POC主要受陆源和浮游植物共同影响，浮游植物是POC的主要贡献者，而黄海海域POC受长江冲淡水、黄海暖流、苏北沿岸流、生物活动和底层沉积物等多种因素影响，其中苏北近岸和青岛外海，有机碎屑为POC的主要贡献者。     

台湾海峡1997年夏季和1998年冬季两航次颗粒有机碳研究

1997～1998年台湾海峡两个航次的数据表明,颗粒有机碳(POC)的平均含量为0．120±0．009mg/dm3,表层POC浓度在夏季和冬季分别存在几个高值区。POC在随深度变化的剖面分布图中,最大值出现在10m层,底层水明显受再悬浮影响,这一剖面的变化规律普遍存在于整个海区及不同季节。夏季POC的深度变化幅度要显著大于冬季,这与垂直混合作用有关。POC与Chl－a相关性较差,暗示以Chl－a估算浮游植物的不确定性及POC产生及来源的复杂性。     

利用卫星遥感资料对南海北部陆架海洋表层温度锋的分析

利用7年(1993～1999)月平均的SST卫星遥感资料，分析了南海北部陆架区域海洋表层温度锋在一年中的逐月变化特征，表明南海北部陆架海洋表层温度锋存在明显的季节内变化。结合风场的卫星遥感资料，分析了东北季风对南海北部陆架温度锋的影响，表明东北季风风速的增加有利于温度锋强度的增强。通过对黑潮南海流套入侵较强的1999年2月与流套入侵较弱的1998年2月的SST卫星遥感资料的对比分析，考察了黑潮南海流套的入侵对南海北部陆架温度锋的影响，结果表明黑潮流套的较强入侵能够增加陆架温度锋的强度，对温度锋的走向也会产生一定的影响。     

南海西北部夏季叶绿素a浓度的分布特征及其对海洋环境的响应

南海生态动力学过程复杂,尤其是夏季,在东南季风的影响下,南海西部的上升流、西北部东北向的离岸流对该海区乃至整个南海生态动力学过程都有重要的影响。根据1999—2003年的SeaW-iFS卫星遥感叶绿素a浓度数据,结合2004年在南海北部海洋观测航次实测的叶绿素a浓度数据,分析了南海西北部夏季叶绿素a的分布特征;同时根据海表温度、风场、海面高度等卫星遥感历史资料,探讨了叶绿素a浓度的分布及其对环境因子的响应。结果表明,南海西北部夏季(6—8月)叶绿素a浓度的分布有显著的空间变化:在西部半径达500km低温、强风的半圆形海域范围叶绿素a浓度较高(>0.15mg.m-3),其中位于越南金兰湾东北部有一叶绿素a浓度更高的激流形带(>0.2mg.m-3);而在南海东北部夏季(6—8月)叶绿素a浓度明显偏低(<0.12mg.m-3)。叶绿素a的这种空间分布特征同季风等海洋环境因素之间有密切的关系。对比实测叶绿素a浓度显示,遥感叶绿素a浓度同实测叶绿素a浓度有很好的一致性。     

利用MODIS跟踪监测一个冷涡对海洋表层生物光学参数的影响

研究中尺度涡对海洋上层生物地球化学过程的影响已经得到越来越多的关注,水色遥感作为一个重要的工具可以为此提供大时空尺度的数据来源。基于南海区域性生物光学反演算法,对2007年1月底发源于吕宋海峡西南侧的一个冷涡进行跟踪监测。在冷涡生成初期,涡旋携带吕宋海峡高营养高生物量海水向西北方向移动,内部叶绿素a(Chl a)保持高浓度。冷涡停留期间(长达一个月),在涡致抽吸的持续作用下,冷涡内Chl a浓度由0.26mg×m~(-3)增长到0.33mg×m~(-3);而进入春季,涡旋外的Chl a浓度则由0.24mg×m~(-3)减小到0.15mg×m~(-3);颗粒有机碳(POC)浓度、浮游植物吸收系数(a_(ph(443)))、漫射衰减系数(K_(d(490)))与Chl a浓度的变化一致,而POC∶Chl a和微微型浮游植物所占的比例(F_p)则表现出与Chl a浓度相反的趋势。冷涡西移期间,随着涡致抽吸强度的降低及所携带的营养物质被不断消耗,涡内部Chl a浓度、POC浓度、a_(ph(443))、K_(d(490))逐渐降低,POC∶Chl a和F_p逐渐升高。结果表明,在平流作用和涡致抽吸共同作用下,冷涡所引起的光学响应可以用来帮助识别和跟踪涡旋。     

南海北部水体叶绿素a浓度反演的生物光学模型

利用2003年至2005年秋季在南海多个航次的现场观测数据,研究了南海北部海区遥感反射率的变化,并分析了用于全球海洋叶绿素a浓度反演的OC2和OC4模型在本海区的适用性。结果表明,在南海北部海域,OC2和OC4模型高估了叶绿素a浓度,高估范围一般约在80%—200%之间,其中最高可达640%,即OC2和OC4模型并不适用于南海海域。在此基础上,根据现场实测的表观光学数据,利用遥感反射率比值(Rrs(433)/Rrs(555))与叶绿素a浓度的关系建立了两套能够精确反演南海北部海域叶绿素a浓度的本地化经验算法———算法1和算法2,并利用其对南海北部海域的叶绿素a浓度进行反演。结果表明,由本地化模型反演得到的叶绿素a浓度与实测的叶绿素a浓度具有较好的相关关系,其平均相对偏差分别为51%和53%,相关系数为0.75。     

南海外海鸢乌贼渔场范围与海洋环境的关系

为研究南海外海鸢乌贼渔场范围与海洋环境因子之间的联系,本文根据2013?2018年广西壮族自治区北海市灯光罩网渔船在南海外海的鸢乌贼生产数据和海洋环境遥感数据,对鸢乌贼渔场范围的时空分布与海表面温度(SST)、海表面高度(SSH)和海表面叶绿素a (Chl a)浓度的关系进行研究。结果表明:在5°～20°N,108°～118°E海域内,SST、SSH、Chl a 浓度3个环境因子对鸢乌贼渔场范围的时空分布影响较大。其适宜的SST、SSH、Chl a浓度分别为:25～31℃、46～80 cm、0.05～0.27 mg/m3,其渔场重心由南向北转移。此外,通过对2013?2018年1?12月的单位捕捞努力量渔获量(CPUE)与海洋环境因子的关系进行K-S检验,结果显示CPUE和海洋环境因子之间没有显著性差异,即SST、SSH、Chl a 浓度3个环境指标可以有效地表征鸢乌贼资源密度和中心渔场分布状况。     

2002年夏季南极普里兹湾及其邻近海域浮游植物现存量、初级生产力粒级结构和新生产力研究

2002年1～2月,在南极普里兹湾及其北部海区对浮游植物生物量、优势种类组成、细胞丰度、初级生产力和新生产力的观测结果表明,叶绿素a浓度、初级生产力和新生产力的高值均出现在湾内及湾口陆架区,并且远高于陆坡和深海区.湾内和湾口陆架区表层叶绿素a浓度均高于1 mg/m3,平均为(2.34±0.85)mg/m3,而陆坡区和深海区平均只有(0.19±0.14)和(0.15±0.05)mg/m3.湾内和陆架区平均初级生产力[(355.8±192.1)mg/(m2·d)]高于陆坡区[(82.0±20.8)mg/(m2·d)]和深海区[(100.5±83.4)mg/(m2·d)].在陆坡和深海区初级生产力的粒级结构以微微型浮游生物(<2 μm)对初级生产力的贡献最大(分别为49.6%和46.2%),湾内和陆架区则以小型浮游生物(为20～280 μm)的贡献为主(66.2%).在湾内和湾口陆架区同时具有较高的新生产力和再生生产力.     

南海叶绿素a浓度垂直分布的统计估算

分析整理了1993—2006年近10 a南海北部海域、南沙海域和南海其他海域的叶绿素a浓度历史航次调查资料,基于前人提出的全球叶绿素浓度垂直分布的统计分析模式,根据南海表层叶绿素a浓度大小的不同分级,对南海叶绿素a浓度进行了参数化处理,拟合估算了南海各水层剖面的叶绿素a浓度分布值,并结合不同海区的环境特征,分析了南海叶绿素a浓度垂直分布与其海水物理环境的关系。初步分析结果表明,叶绿素a浓度随深度垂直变化的拟合曲线呈一定倾斜的正态分布特征,当表层叶绿素a浓度较低时,作为南海深水海盆区的代表,拟合值更接近实测平均值的分布,叶绿素a浓度高值集中在次表层剖面上;当表层叶绿素a浓度较高时,作为近岸区和河口区的代表,高值多集中在表层海水,拟合误差偏大。该统计估算模式对于揭示南海叶绿素a浓度垂直分布结构进行了有益的尝试,为发展适合不同海区特点的模式以及校正参数奠定了基础。利用该模式与海洋水色卫星遥感数据有效结合,将对南海叶绿素a浓度时空分布格局的研究具有重要的意义。     

东海区叶绿素a和初级生产力季节变化特征

依据2008年春季(5月)、夏季(8月)、秋季(11月)和2009年冬季(2月)的现场调查结果,分析了东海区叶绿素a、初级生产力的平面分布、垂直分布和季节变化的特征,并探讨了其影响因素。结果表明,四个航次叶绿素a浓度分别为1.33、0.93、1.61和0.65 mg/m3,秋季春季夏季冬季。春季、夏季和秋季最大值均出现在0—10m水层,冬季最大值出现在底层。叶绿素a浓度远海年季变化较小,近岸区和垂直分布年季变化较大。四个航次初级生产力平均为375.03、414.37、245.45和102.60 mg/(m3 h),夏季秋季春季冬季。叶绿素a浓度和初级生产力水平均高于历史同期值。鱼外渔场的年平均初级生产力最大,海州湾渔场最小。通过分析叶绿素a和环境因子的相关性表明,叶绿素a与浮游植物显著正相关;春季和秋季的低温以及春季和夏季的低盐比较适合浮游植物的生长;活性磷酸盐可能是限制春季和秋季叶绿素a的重要因素。     

2003-2016年北极净初级生产力时空变化

The area of Arctic sea ice has dramatically decreased, and the length of the open water season has increased;these patterns have been observed by satellite remote sensing since the 1970 s. In this paper, we calculate the net primary productivity(NPP, calculated by carbon) from 2003 to 2016 based on sea ice concentration products,chlorophyll a(Chl a) concentration, photosynthetically active radiation(PAR), sea surface temperature(SST), and sunshine duration data. We then analyse the spatiotemporal changes in the Chl a concentration and NPP and further investigate the relations among NPP, the open water area, and the length of the open water season. The results indicate that(1) the Chl a concentration increased by 0.025 mg/m~3 per year;(2) the NPP increased by 4.29 mg/(m~2·d) per year, reaching a maximum of 525.74 mg/(m~2·d) in 2016; and(3) the Arctic open water area increased by 57.23×10~3 km~2/a, with a growth rate of 1.53 d/a for the length of the open water season. The annual NPP was significantly positively related to the open water area, the length of the open water season and the SST.The daily NPP was also found to have a lag correlation with the open water area, with a lag time of two months.With global warming, NPP has maintained an increasing trend, with the most significant increase occurring in the Kara Sea. In summary, this study provides a macroscopic understanding of the distribution of phytoplankton in the Arctic, which is valuable information for the evaluation and management of marine ecological environments.     

近20年渤海叶绿素a浓度时空变化

浮游植物作为食物链的基础，对海洋生态系统具有重要作用。渤海作为我国最大的内海和重要渔业生物的产卵场、育幼场和索饵场，该区浮游植物研究具有重要意义。叶绿素a浓度是反映浮游植物生物量的重要指标。利用Google Earth Engine平台，对1997–2010年的宽视场海洋观测传感器(SeaWiFS)叶绿素a浓度数据和2002–2018年的水色卫星中分辨率成像光谱仪传感器(MODIS Aqua)叶绿素a浓度数据进行合并，并研究其时空变化特征。研究表明，近20年来，渤海全年叶绿素a浓度增加了14.1%，且增加显著。叶绿素a浓度在所有季节都呈现增加趋势；除11月外，其他各月都呈现稳定或增加趋势。从滦河入河口沿岸至渤海海峡的渤海中部，叶绿素a浓度增加较明显。同时也分析了海洋表面温度、风速和降水量数据。夏季渤海周边区域降水量和风速增加以及秋季海表温度的降低都有助于同季叶绿素a浓度的升高。渤海浮游植物可能受陆源营养物质输入影响较大。     

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。     

南海北部冬、夏季浮游群落呼吸率

Plankton respiration is an important part of the carbon cycle and significantly affects the balance of autotrophic assimilation and heterotrophic production in oceanic ecosystems. In the present study, respiration rates of the euphotic zone plankton community(CR_(eu)), size fractionated chlorophyll a concentration(Chl a), bacterial abundance(BAC), and dissolved oxygen concentration(DO) were investigated during winter and summer in the northern South China Sea(n SCS). The results show that there were obvious spatial and temporal variations in CR_(eu) in the n SCS(ranging from 0.03 to 1.10 μmol/(L·h)), CR_(eu) in winter((0.53±0.27) μmol/(L·h)) was two times higher than that in summer((0.26±0.20) μmol/(L·h)), and decreased gradually from the coastal zone to the open sea. The distribution of CR_(eu) was affected by coupled physical-chemical-biological processes, driven by monsoon events. The results also show that CR_(eu) was positively correlated with Chl a, BAC, and DO, and that BAC contributed the highest CR_(eu) variability. Furthermore, the results of the stepwise multiple linear regression suggest that bacteria and phytoplankton were the dominant factors in determining CR_(eu)(R~2 = 0.82, p0.05) in the n SCS. Based on this relationship, we estimated the integrated water column respiration rate(CRint) within 100 m of the investigated area, and found that the relationship between the biomass of the plankton community and respiration may be nonlinear in the water column.     

Influence of environmental variability on distribution and relative abundance of baleen whales (suborder Mysticeti) in the Gulf of California

The Gulf of California (GC) is one of the most productive seas in the Pacific Ocean because of several oceanographic phenomena that support many marine mammal species, particularly of the cetacean order. The environmental variability of the GC was analysed during the cold and warm periods of 2005 and 2006 and its effects on the distribution and relative abundance of baleen whales using sea surface temperature (SST) and chlorophyll a (Chl a) concentration. Satellite image analysis allowed us to detect important differences in both Chl a concentration and SST including cold to warm periods, even between the two cold periods and between the two warm periods. The cold periods had the highest number of whales: 99 individuals in 2005 and 183 in 2006, which were distributed along the entire gulf. Fewer animals were recorded in the warm period: 46 individuals in 2005 and 30 in 2006, which were mainly distributed in the northern part of the gulf. We concluded that SST influenced the relative abundance of baleen whales while Chl a concentration influenced their distribution.     

秋季季风转换期间台湾海峡遥测叶绿素a的年际变动

The time series of multiple sources of satellite data are used to examine the interannual variability of chlorophyll a concentration （Chl a） and its relation to the physical environment during the autumn monsoon transitional period in the Taiwan Strait （TWS）. The satellite data included the Chl a concentration and sea surface temperature （SST） derived from the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer （MODIS）/ Aqua as well as the multi-sensors merged wind products from 2002 to 2012. The results show that the average Chl a concentration of the whole TWS is mainly contributed by the northern TWS. The average Chl a in the northern TWS is 3.6 times that in the southern TWS. The maximum variability of Chl a is located in the frontal regions between the cold Zhe-Min Coastal Water and the strait warm water. The temporal change of Chl a concentration is different in the northern and southern TWS. The changes in the relative strength of the cold and warm water masses is suggested to be the dominant processes in controlling the phytoplankton growth in the northern TWS, while there is wind-induced mixing in the southern TWS. Additionally, La Nina events exhibited complex effects on the interannual variability of Chl a concentration in autumn. The longterm time series of physical and biological observations are especially needed to better understand how the TWS complex ecosystem responds to climate variations.     

Effect of iron enrichment on the dynamics of transparent exopolymer particles in the western subarctic Pacific

Dynamics of transparent exopolymer particles (TEP) was studied during the first in situ iron-enrichment experiment conducted in the western subarctic Pacific in July–August 2001, with the goal of evaluating the contribution of TEP to vertical flux as a result of increased primary production following iron enrichment in open ocean ecosystems. Subsequent to the enhancement of phytoplankton production, we observed increase in TEP concentration in the surface layer and sedimentation of organic matter beneath it. Vertical profiles of TEP, chlorophyll a (Chl a) and particulate organic carbon (POC) were obtained from six depths between 5 and 70 m, from a station each located inside and outside the enriched patch. TEP and total mass flux were estimated from the floating sediment traps deployed at 200 m depth. Chl a and TEP concentrations outside the patch varied from 0.2 to 1.9 μg L⁻¹ and 40–60 μg XG equiv. L⁻¹, respectively. Inside the patch, Chl a increased drastically from day 7 reaching the peak of 19.2 μg L⁻¹ on day 13, which coincided with the TEP peak of 189 μg XG equiv. L⁻¹. TEP flux in the sediment trap increased from 41 to 88 mg XG equiv. m⁻² d⁻¹, with 8–14% contribution of TEP to total mass flux. This forms the basic data set on ambient concentrations of TEP in the western subarctic Pacific, and evaluation of the effect of iron enrichment on TEP.     

厦门湾水体中颗粒有机碳的垂向输出通量:234Th/238U不平衡的应用

对厦门湾塔角附近海域某站位叶绿素 a、POC、初级生产力、234Th/238U不平衡进行的周日变化研究表明,POC含量介于14.4～34.6 mmol/m3之间,其中碎屑有机碳与活体有机碳所占份额分别为74%～92%和8%～26%.POC垂直分布呈现由表及底降低的趋势,且白昼期间POC含量高于晚间,说明研究海域POC含量与生物过程具有密切联系.初级生产力水平在1d之中变化达5倍,垂直分布亦随深度增加而降低,与叶绿素a的变化相对应.短时间(2h)培养获得的初级生产力水平明显高于长时间培养(24 h)的结果,证实部分新固定的碳被优先呼吸排出.结合234Th/238U不平衡法获得的颗粒态234Th输出通量及输出界面颗粒物中的POC/P_Th比值,可计算出真光层 POC的垂向输出通量为16.0mmol/(m2·d),其中碎屑有机碳与活体有机碳贡献的数量分别为13.3和2.7mmol/(m2·d).POC输出通量与初级生产力的比值(ThE比值)平均为0.31,真光层POC停留时间平均为11d.上述结果与Aksnes和Wassmann[1]的模型计算结果相吻合,但与其他大多数模型的结果仍存在一定的差异.     

2009年冬季南海北部浮游植物粒度分级生物量和初级生产力

2009年2月在南海北部海域现场观测粒度分级叶绿素a质量浓度和初级生产力(PP)的分布。结果表明,调查海域水柱平均叶绿素a质量浓度的变化范围为0.11～8.37 mg/m³,平均为(1.28±2.23) mg/m³,高值区出现在珠江口及近岸海域;初级生产力的范围为344.8～1 222.5 mgC/(m²·d),平均为(784.2±351.4) mgC/(m²·d),高值区位于近岸及陆架海域。浮游植物粒度分级测定结果表明,在生物量较高的近岸海域,叶绿素a的粒级结构以小型浮游植物占优势,其贡献率为40.9%,微型和微微型浮游植物对总叶绿素a的贡献率分别为34.6%和24.5%;而在生物量较低的陆坡和开阔海域,各粒级浮游植物对叶绿素a的贡献率由大到小依次为微微型浮游植物(78.9%),微型浮游植物(17.2%)和小型浮游植物(3.9%)。相关性分析结果表明,调查海域分级叶绿素a的区域化分布特征与洋流运动下营养盐的分布密切相关,同时叶绿素a又高度影响着此区域PP的分布。此外,我们将调查海域实测所得浮游植物最佳光合作用速率与采用垂向归一化初级生产力模型估算的数据进行对比,发现后者明显低于前者,这说明通过水温估算最佳光合作用速率的算法在冬季南海北部可能存在低估。