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南海叶绿素a浓度剖面的生物光学反演及环境影响要素
Alternative TitleVariability of bio-optical retrieved chlorophyll a profiles and its relation with environmental factors in the South China Sea
徐文龙
Thesis Advisor王桂芬,曹文熙
2018
Degree Grantor南海海洋研究所
Degree Name硕士
Degree Discipline物理海洋学
Keyword南海,叶绿素a浓度剖面,生物光学,环境影响因子
Abstract浮游植物是海洋生态系统中最主要的初级生产者,是整个海洋食物链的起点和海洋生物地球化学循环的重要组成部分。浮游植物在多尺度时空上的变化特征是海洋生态系统、海洋碳通量、海洋环境变化等诸多科学领域重要的研究内容。作为表征浮游植物生物量的有效因子,叶绿素a浓度是估算海洋初级生产力的一个重要参数,在海洋中垂向分布极不均匀,其分布特征及影响机制是海洋生态学研究的重要基础问题。我国南海是西太平洋海区最大的边缘海,在东亚季风和黑潮的影响下,水文动力环境复杂,受河口径流注入、沿岸上升流、海洋内波、中尺度涡及次中尺度等动力过程影响,在此背景下海洋生态系统表现出复杂的响应特征,浮游植物垂向分布规律及影响机制存在明显的时空差异。本文基于南海多年的生物光学剖面观测数据,利用长波波段676nm处吸收基线高度(aLH(676))与叶绿素a浓度(Chla)之间的关系,建立了适用于南海海域、具有较高反演精度的生物光学反演算法,其均方根误差为0.195 mg m -3 ,决定系数为0.75(N=577)。为进一步验证算法在不同水体环境中的适用性,深入探讨了采样深度、调查区域对算法的敏感性,结果表明吸收基线高度与叶绿素a浓度之间的幂指数关系较稳健,可作为推算南海叶绿素a浓度垂向分布的有效方法应用于南海不同区域的调查水体。本文以2015年夏季黑潮航次的调查为例,详细分析了南海东北部海域叶绿素a浓度剖面的空间分布差异,进一步结合观测期间物理过程,揭示了叶绿素垂向分布对不同水动力过程的响应特征。研究结果表明,近岸区域表层叶绿素a浓度变化范围为0.42-1.57 mg m -3 ,随着水深增加叶绿素a浓度逐渐降低,在沿岸上升流影响区域,叶绿素a浓度明显增高,垂向上相对趋于均一分布;次表层叶绿素极大值(Subsurface Chlorophyll Maximum, SCM)现象在外海显著存在,受中尺度过程影响明显,SCM深度在34m到100m之间变化,在吕宋岛以西海域,黑潮入侵加速了上层水体的混合,SCM所在水层被显著抬升至34m左右;在冷涡影响区域,次表层叶绿素极大值层被抬升,涡旋中心比涡旋边缘抬升更为显著,同时SCM的厚度增大。本文基于近年来5个航次积累的生物光学调查数据,利用吸收基线高度反演叶绿素a浓度的算法,获取了南海外海144个站位的垂向高分辨率叶绿素a浓度剖面数据。结合调查海区的水文动力背景,对南海叶绿素剖面变化特征进行了多要素统计分析。初步分析结果表明,南海次表层叶绿素最大层的深度(Zscm)分布范围为9~88m,平均值为55m,且大多数站位的Zscm与1023kg m-3等密度面的深度(Zσ23)之间存在较强的相关关系(R2=0.50);次表层叶绿素最大值(Chlascm)范围为0.13~3.24mg m-3,与混合层内叶绿素a浓度积分量(Zmld)的存在一定的相关关系(R2=0.35);Zscm深度内叶绿素a浓度积分量(Zscm)均值为13.81 mg m-2,与Chlascm的相关关系较好(R2=0.60)。进一步利用高斯函数模型模拟了叶绿素a浓度垂向分布,得到了模型中的5个参数。其中,斜率(α)可初步设定为-0.0001 mg m-4;Zscm可通过与Zσ23之间的关系设定;余下参数的变化较为复杂,范围相对较大。通过简单对比分析航次观测期间中尺度涡旋的存在对模拟的叶绿素a浓度剖面数据各个参量变化及相关关系之间的影响,可以发现,冷涡影响区的站点叶绿素a浓度真光层内积分量(Zeu)略高于涡旋外围,Zscm存在变浅趋势;暖涡影响区的站点,则有相反的趋势。
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.scsio.ac.cn/handle/344004/18055
Collection学位论文(硕士)
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GB/T 7714
徐文龙. 南海叶绿素a浓度剖面的生物光学反演及环境影响要素[D]. 南海海洋研究所,2018.
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