Elevated biomass of mesozooplankton and enhanced fecal pellet flux in cyclonic and mode-water eddies in the Sargasso Sea

Accumulating evidence points to the importance of mesoscale eddies in supplying nutrients to surface waters in oligotrophic gyres. However, the nature of the biological response and its evolution over time has yet to be elucidated. Changes in mesozooplankton community composition due to eddy perturbation also could affect biogeochemical cycling. Over the course of two summers we sampled seven eddies in the Sargasso Sea. We focused on and followed a post-phytoplankton bloom cyclonic eddy (C1) in 2004 and a blooming mode-water anticyclonic eddy (A4) in 2005. We collected zooplankton in all eddies using a Multiple Opening and Closing Net Environmental Sampling System (MOCNESS) and quantified biomass (>0.15 mm, in five size fractions) from 0 to 700 m over nine discrete depth intervals. Zooplankton biomass (>0.5 mm) in the upper 150 m was similarly enhanced at night for the periphery of C1 and the center of A4 at 0.514 g m⁻² and 0.533 g m⁻², respectively, compared to outside (0.183 g m⁻² outside C1 and 0.197 g m⁻² outside A4). Despite minimal chlorophyll a enhancement and dominance by picoplankton in C1, zooplankton biomass increased most for the largest size class (>5 mm). Gut fluorescence for euphausiids and large copepods was also elevated on the C1 periphery. In A4, peak biomass occurred at eddy center coincident with peak primary production, but was highly variable (changing by >3-fold) over time, perhaps resulting from the dense, but patchy distribution of diatom chains in this region. Shifts in zooplankton community composition and abundance were reflected in enhancement of fecal pellet production and active transport by diel vertical migration in eddies. Inside C1 the flux of zooplankton fecal pellets at 150 m in June 2004 was 1.5-fold higher than outside the eddy, accounting for 9% of total particulate organic carbon (POC) flux. The flux of fecal pellets (mostly from copepods) increased through the summer in eddy A4, matching concurrent increases in zooplankton <2 mm in length, and accounting for up to 12% of total POC flux. Active carbon transport by vertically migrating zooplankton was 37% higher on the periphery of C1 and 74% higher at the center of A4 compared to the summer mean at the Bermuda Atlantic Time-series Study (BATS) station. Despite contrasting responses by the phytoplankton community to cyclonic and mode-water eddies, mesozooplankton biomass was similarly enhanced, possibly due to differential physical and biological aggregation mechanisms, and resulted in important zooplankton-mediated changes in mesoscale biogeochemistry.     

日本海环流研究综述

日本海作为东北亚地区最大的边缘海,是西北太平洋上的重要海区。由于特殊的地理位置和复杂的地形,使得日本海的环流结构呈现独有特征,如日本海内的亚极地锋现象,复杂多变的涡旋,北部形成的深水团等。概述了日本海环流状况,着重介绍了对马海峡、郁陵海盆环流情形和日本海特征水团;总结了目前仍存在的争议问题,如对马暖流源头、对马暖流空间结构等;指出了目前日本海尚待解决的科学问题,如对马暖流流量的长期变化及其原因、东韩暖流消失现象及其机制、日本海特征水的传播路径及其影响因素、日本海的某些变化产生原因及其与全球变化的响应等。     

北太平洋冬季西部发展型天气尺度涡旋对平均流的影响

在中纬度北太平洋大气强斜压区,存在频繁的天气尺度涡旋活动,通过水分、动量和能量输送维持大气环流。为了进一步研究天气尺度涡旋发生发展与大尺度环流之间的联系,利用1981—2013年再分析资料,筛选出西部发展型天气尺度涡旋114个偏强日和87个偏弱日,给出了西部发展型天气尺度涡旋异常导致的动力和热力强迫的变化,同时从能量转换的角度分析了西部发展型天气尺度涡旋与平均流之间的相互作用,并探讨了其与西太平洋遥相关型的关系。结果表明:西部发展型天气尺度涡旋通过动力强迫和热力强迫影响平均流,其中动力强迫主要造成北太平洋中纬度上空的西风气流加速并向北移动;热力强迫的作用则是减弱中纬度大气斜压性。同时,强西部发展型天气尺度涡旋有利于西北太平洋上空对流层低层斜压有效位能向扰动动能的转化增大和扰动动能向平均流的转化增大,有利于中纬度地区对流层高层平均流向扰动动能的转化增大。此外,西部发展型天气尺度涡旋通过与平均流的作用,对维持西太平洋遥相关型的负位相有一定影响。     

南海西部夏季冷涡的季节变化特征

基于美国海军的空间分辨率为0.5°×0.5°月平均的GDEM(Generalized Digital Environmental Model )三维温盐资料,采用P Vector方法,计算了南海西部夏季冷涡及附近海域的三维环流,分析了此冷涡的水平结构和垂向结构及其季节变化规律。结果表明南海西部夏季冷涡所占据的海域为一上升流区,对应的是低温区和气旋式环流,其温度场具有明显的垂向层化结构,冷涡随深度增加而减弱。冷涡中心在上层靠近越南沿岸,在温跃层以下有离岸的趋势。此冷涡具有明显的季节性变化：在5、6月份冷涡开始形成,其范围达到110.75°E,最大切向流速为8 cm/s;在7、8月份冷涡达到强盛,其范围向东扩展至112.50°E,冷涡中心也向东移至(110.50°E,13.25°N),最大切向流速增加为30 cm/s;在9、10月份冷涡开始衰减。     

北极薄冰-煎饼冰区域中不同重力波驱动形成海流的敏感性分析

A coupled ocean-ice-wave model is used to study ice-edge jet and eddy genesis during surface gravity wave dissipation in a frazil-pancake ice zone. With observational data from the Beaufort Sea, possible wave dissipation processes are evaluated using sensitivity experiments. As wave energy dissipated, energy was transferred into ice floe through radiation stress. Later, energy was in turn transferred into current through ocean-ice interfacial stress. Since most of the wave energy is dissipated at the ice edge, ice-edge jets, which contained strong horizontal shear, appeared both in the ice zone and the ocean. Meanwhile, the wave propagation direction determines the velocity partition in the along-ice-edge and cross-ice-edge directions, which in turn determines the strength of the along-ice-edge jet and cross-ice-edge velocity. The momentum applied in the along-ice-edge(cross-ice-edge)direction increased(decreased) with larger incident angle, which is favorable condition for producing stronger mesoscale eddies, vice versa. The dissipation rate increases(decreases) with larger(smaller) wavenumber, which enhances(reduces) the jet strength and the strength of the mesoscale eddy. The strong along-ice-edge jet may extend to a deep layer(> 200 m). If the water depth is too shallow(e.g., 80 m), the jet may be largely dampened by bottom drag, and no visible mesoscale eddies are found. The results suggest that the bathymetry and incident wavenumber(magnitude and propagation direction) are important for wave-driven current and mesoscale eddy genesis.     

巴芬湾西部和格陵兰岛东部大气经向热量输送协同变化对夏季北极海冰的影响

利用欧洲中心气候再分析资料和美国国家冰雪数据中心北极海冰面积资料,分析了夏季北极海冰面积与前期大气经向热量输送年际变化的联系。结果表明：6月北半球中高纬大气的经向热量输送以瞬变热量形式为主,其中巴芬湾西部（B区）和格陵兰岛东部（G区）是瞬变热量向极区传输的两个通道,二者之间存在反位相的协同变化,且这种协同变化与夏季北极海冰面积变化密切相关。可能的机制为：6月,AD、AO和NAO三种北极大气环流型能够引起巴芬湾西部和格陵兰岛东部瞬变热量输送的协同变化,这种协同变化通过涡旋动力作用激发夏季极区大气表现为AD异常,同时影响途经区域的气温,从而通过热动力作用影响夏季北极海冰。将向极区输送的热量称为暖输送,从极区输出的热量为冷输送,则上述两个区域的瞬变热量协同输送可分为三种情况：B暖G冷、B冷G暖、B和G均冷,而B和G均暖的情况十分罕见。当B区向极区输入、G区输出热量时,有利于太平洋扇区和喀拉海的海冰偏少;当G区输入、B区输出热量时,利于喀拉海和拉普捷夫海海冰偏少;当B区和G区均输出热量时,利于波佛特海南部、喀拉海和拉普捷夫海海冰偏多,反之则相反。     

基于自动探测方法的南海北部涡致海表温度锋面的特征研究

南海北部具有丰富的温度锋面和中尺度涡,它们调节着局地的热量和能量平衡。本文利用卫星海洋高度异常和海表温度数据,并基于自动探测方法,探究了2007年至2017年南海北部中尺度涡边缘的海表温度锋面（涡致锋面）特征。反气旋/气旋边缘出现锋面的概率可达20%。气旋涡在各个方向上出现锋面的概率比较均匀,反气旋涡的东北部和西南部出现锋面的概率大于西北部和东南部。中尺度涡致锋面的数量有明显的季节变化,而涡动能未表现出明显的季节变化。中尺度涡致锋区的总涡动能是中尺度涡内动能的3倍,并且反气旋涡致锋面的总涡动能明显强于气旋涡致锋面的总涡动能。中尺度涡致锋面的数量和涡动能的年际变化与厄尔尼诺南方涛动指数没有明显的相关性。本研究也讨论了中尺度涡致锋面的可能机制,但是中尺度涡对海表温度锋的贡献需要进一步定量研究。     

渤海垂直湍流混合强度季节变化的数值模拟

渤海为极浅陆架海 ,其中湍流耗散作用显著。将三维斜压陆架海模式 HAMSOM应用于渤海 ,以渤海周边台站每天 4次的常规气象资料作为风和热驱动 ,渤海海峡开边界以 5个主要分潮调和常数计算水位强迫 ,计算了渤海 1982年水文要素和流场变化 ,并用模式以湍的局地平衡理论封闭计算出垂直湍流粘性的时空分布。结果表明 :渤海湍流混合冬强夏弱 ,变化幅度较大 ( 10～ 2 0 0 cm2 / s) ,这是风搅拌和潮混合的湍流输入在密度层化调整下的结果 ;风的作用在冬季强于潮的作用 ,而底层则由潮混合控制呈现半月周期 ;渤海湍粘性系数的空间分布十分复杂 ,这是在渤海地形和岸形轮廓限制下 ,由一定大气条件驱动的流场和密度场导致的湍流混合强度不同所致     

西江河口重金属迁移扩散数值模拟的研究

本文以水体中重金属(包括溶解态和颗粒态)的物理迁移过程为基础,建立重金属迁移扩散的数学模式。模式中考虑悬浮物沉降和再悬浮对水体中重金属浓度的影响,并考虑咸潮活动引起悬浮物的絮凝沉淀作用。计算结果表明,这种潮汐河口区重金属迁移扩散模式基本上是成功的。并以镉为例,说明重金属在西江河口区迁移扩散的特点。     

冬季南海北部中尺度涡旋的数值研究

南海环流的一个主要特征是上层海洋环流具有多涡结构,海洋中尺度涡旋的演变(时间上的生消和空间上的迁移)是南海环流季节调整的可能方式。文中依据卫星遥感海面高度资料和实际海洋观测所揭示的南海北部存在中尺度涡旋体系的基本事实,采用一个改进了涡分辨(eddy-resolving)普林斯顿海洋模式(POM),对冬季处于强盛的东北季风强迫以及黑潮在巴士海峡入侵的共同作用下的南海北部环流的中尺度涡旋体系进行了数值研究,初步再现了冬季南海北部中尺度涡的生命史。计算结果表明,在实际的气候冬季风应力驱动下,具有的实际侧边界地形的南海北部呈现有强烈的中尺度涡旋。文中探讨了中尺度涡的垂直结构、温盐场的配置以及大尺度水平辐合辐散、海洋垂直运动与之相关的时空结构。由此可以得知,在冬季南海北部中尺度涡旋生命史的不同阶段,上述动力学因子的重要性是相对的。不同的敏感性试验表明,斜压调整是形成冬季南海中尺度涡旋体系的决定性因子;边界的入流和风应力驱动是影响中尺度涡旋运动的主要因素。