长江口及其邻近海域黑潮次表层水的入侵机制及其生态效应

【摘要】：黑潮次表层水的入侵是黑潮与中国东海进行水体和物质交换的重要途径之一。然而,迄今为止黑潮次表层水在东海陆架底层向浙江近海区域运动的动力机制和关键影响因素尚不清楚,大洋和长江输入的营养盐对长江口及其邻近海域浮游植物生长的贡献也没有比较统一的认识。本文基于ROMS(Regional Ocean Model System)建立了东海高分辨率的三维海洋动力模式,结合示踪物和观测资料,研究了黑潮次表层水入侵浙江近海的时空变化、动力机制以及影响入侵程度的主要因素。模拟结果很好地再现了东海海域温度、盐度和流场的基本特征与季节变化。观测与模拟的温度和盐度均表明黑潮次表层水向浙江近海的入侵存在六月份强、十二月份弱的季节变化。在台湾以东释放示踪物追踪黑潮次表层水的运动,示踪结果也证明了黑潮次表层水向浙江近海的入侵存在夏季强、秋冬弱的季节变化。此外,示踪物浓度随时间的变化还表明台湾以东的黑潮次表层水至少需要约1.5个月才能到达浙江近海区域。动量分析的结果表明黑潮次表层水从台湾东北到浙江以南海域的北向运动主要受压强梯度的影响,而在浙江近海附近的向岸运动主要是底Ekman作用的结果。压强梯度和底摩擦力的季节变化使得黑潮次表层水在六月能够跨过60m等深线入侵到浙江近海区域而在十二月则不能。敏感性试验表明黑潮次表层水对浙江近海夏季增强、冬季减弱的入侵变化主要是由夏季和冬季风应力的变化引起的。同时,试验还表明西南季风增强、台湾暖流的温度升高或者流速减弱、台湾以东黑潮的温度降低或者流速变强都有利于黑潮次表层水向浙江近海的入侵,反之,则不利于黑潮次表层水的入侵。基于ROMS动力学模式与CoSiNE(Carbon,Silicate and Nitrogen Ecosystem)生态模型建立了中国东海海域的生态动力学耦合模式,分析评估了长江和大洋输入的营养盐对长江口及其邻近海域夏季浮游植物生长与分布的相对重要性。耦合模式成功地模拟出了研究区域内的水动力和生物地球化学特征。观测与模拟结果均表明长江口及其邻近海域存在两个叶绿素高值区,分别位于舟山群岛以北的长江口附近和舟山群岛以南的浙江近海区域。数值试验表明北部区域的叶绿素高值主要受长江输入的营养盐控制,而南部区域的叶绿素高值主要受来自大洋的营养盐控制。大洋主要通过来自台湾海峡的台湾暖流和台湾以东的黑潮两个途径向东海陆架输送水体和物质,黑潮输入的营养盐,特别是磷酸盐,对于南部区域叶绿素高值的产生具有最重要的贡献,而台湾暖流输入的营养盐对长江口及其邻近海域叶绿素的贡献较小。研究区域内的水动力和营养盐分布特征也表明黑潮次表层水携带而来的磷酸盐是导致长江口及其邻近海域南部区域发生赤潮最关键的营养盐。