厦门大学海洋与地球学院

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南海海盆上层生源要素跨等密度面通量的准确量化
COE COE 2017/11/21 4927 返回上页

2017年11月18日,我院戴民汉和刘志宇等研究团队在地学权威期刊 Geophysical Research Letters 合作发表题为“Diapycnal fluxes of nutrients in an oligotrophic oceanic regime: The South China Sea”的研究论文,量化了南海海盆上层营养盐与无机碳等多个生源要素的跨等密度面通量。

在寡营养盐海区,由海洋动力过程所驱动的跨等密度面营养盐输入是维持上层海洋新生产力的重要基础。由于缺乏营养盐与湍流混合过程的同步观测,准确量化相关通量非常困难。特别是由于对相关物理过程认识的不足,在此之前发表的跨等密度面营养盐通量研究普遍忽略了由湍流混合过程所导致的跨等密度面平流输运,使得其结果具有很大的不确定性,亟待准确评估。

基于2012年夏季在南海海盆SEATS站湍流微结构与营养盐的高分辨率观测,该研究首次同时定量了硝酸盐等生源要素跨密度面的扩散通量与平流通量。结果显示,在真光层底部硝酸盐的跨等密度面平流通量为有效通量的16%,而当水深增加到500 m时这一比例可达70%。这表明忽略跨等密度面平流输运将显著误估跨等密度面通量。

该研究从营养盐通量垂向结构的角度揭示了真光层的双层结构。在营养盐跃层上部的营养盐耗尽层(Nutrient-depleted Layer, NDL),溶解无机氮(DIN)的有效通量极低,而其它新生氮(如表层固氮和大气沉降)是支持新生产力与输出生产力的主要营养盐来源。在NDL内,相较于Redfield比值,磷酸盐、硅酸盐通量与DIN通量的比值较高,表明此处生产力受到氮限制且有额外的DIN被硅藻去除。从NDL以下到真光层底部称为富营养盐层(Nutrient-replete layer, NRL)。该层内,DIN浓度及其有效通量快速增加,其底部通量比NDL内大3个数量级,足以支持该层内的输出生产力。相较于Redfield比值,溶解无机碳(DIC)的有效通量与DIN的有效通量的比值较高,表明南海上层存在着过量的DIC,这与南海海盆是大气二氧化碳弱源的既有认知是一致的。

图. 真光层内位势密度、浮性频率、叶绿素浓度、硝酸盐浓度、硝酸盐跨等密度面通量以及初级生产力的剖面分布。

蓝色短线从上到下分别指示混合层(SML)、营养盐耗尽层(NDL)以及富营养盐层(NRL)的底部。

 

该研究成果由杜川军博士(厦门大学2016届博士毕业生,现为近海海洋环境科学国家重点实验室Research Scientist)、刘志宇教授、高树基教授以及戴民汉教授共同完成,戴民汉教授为通讯作者。该成果是物理海洋学与生物地球化学交叉研究、“无缝”合作的一个漂亮案例,对深入认识寡营养盐海区上层生物地球化学过程具有重要意义。

Citation: Du, C., Liu, Z., Kao, S.-J. & Dai, M., 2017. Diapycnal fluxes of nutrients in an oligotrophic oceanic regime: the South China Sea. Geophysical Research Letters, 44. https://doi.org/10.1002/2017GL074921.

全文链接:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2017GL074921/full.