篇名

台湾海峡叶绿素a对海洋环境多尺度时间变动的响应研究
作者
张彩云
关键词
海表层温度;叶绿素;上升流;季风;El Ni?o;年际变动;遥感;海洋水色; 台湾海峡
摘要
全球变化的区域响应,是一个备受关注的热点问题。迄今的研究表明,海洋环境与生态系统在不同的区域可能出现完全不同的时间变化规律。台湾海峡是季风控制的近海环境,具有典型性。因而本论文选取台湾海峡为研究区域,倚重具备时间序列优势的遥感数据并结合现场调查,以叶绿素作为生态指标,聚焦生态系统对环境变动响应这一科学问题,揭示所研究海区多时间尺度的变化规律及其与赤道太平洋ENSO指数变化规律的异同,并探讨其成因。

首先,为构建一有效的遥感叶绿素长序列数据,利用2004年冬季和夏季的现场叶绿素对台湾海峡和南海北部的SeaWiFS (Sea-viewing Wide Field-of-view Sensor)和MODIS (Moderate-resolution Imaging Spectraradiometer)标准叶绿素产品(Chl)进行验证。验证结果表明,在台湾海峡,除了冬季外,SeaWiFS Chl基本可以反映真实的叶绿素时空分布形态;SeaWiFS和MODIS Chl无论从其统计结果上看,还是从其反映Chl时空变动趋势上看,都没有显著区别,MODIS可以接续SeaWiFS构成时间序列。

其次,在短期尺度上,发现风是决定冬季台湾海峡海表层温度逐日变动的关键因素,以温度法(SST≤17℃)和温度空间距平法(≤-1℃)表征的浙闽沿岸水影响面积的逐日变动与东北季风风应力显著相关,二者的相关系数r2分别达到0.90和0.91。夏季,表征浮游植物生物量的叶绿素浓度的短期变化与近岸上升流活动亦有很强的相关性,不过叶绿素高值区的出现有可能滞后低温区1-2天;很可能是因西南季风空间分布的南北差异,使得海峡西南、西北近岸上升流过程出现不一致的短期变动趋势,并导致近岸叶绿素高值出现的时间也南北不同。

在季节尺度上,台湾海峡叶绿素的季节分布存在显著的空间区域化现象,可分为北部和中部的春秋季双峰型、西南部的夏季单峰型以及东南部的季节变动不显著型等三类。这一空间差异与季风驱动下水文动力场的季节演变有着密切关联,春、秋季富含营养盐、低温的浙闽沿岸水与寡营养的南海暖水在海峡内共同存在海洋锋,夏季上升流事件在局部区域时有发生,这些过程对海峡内营养盐补充和生物活动起着相当重要的调控作用。

在年际尺度上,以遥感海表层温度和叶绿素作为指示,首先揭示了El Ni?o盛期的1997-1998冬季台湾海峡发生了高温、低营养盐、低叶绿素的强暖事件,表层水温高出历史平均值1.4?C,高叶绿素面积减小一半,暖冷水面积比值比往年增加25%,这一异常现象很可能是由该年东北季风减弱、富含营养盐的沿岸冷水减弱进而寡营养暖水入侵增强所致。同时发现1985-2005年这21年间台湾海峡夏季近岸上升流引发的低温区年际变动相当显著,其强弱变动规律与沿岸风应力高度相关,并且面积最大或最小的年份与ENSO事件影响夏季风最强或最弱的年份基本一致。在可获得遥感叶绿素数据的1998-2005年期间内,无论是叶绿素浓度还是高叶绿素区面积,均以2004年为最低,其高叶绿素区面积仅为2005年的一半,与该年的弱沿岸风应力、弱上升流和低营养盐的观测结果相一致。但8年观测期间的Chl年际变动趋势与沿岸风应力没有出现显著的相关关系,说明上升流并不是叶绿素年际变动唯一的控制因素。

时间
2006.11