楊德周 尹寶樹(shù), 侯一筠, 孫 松, 俞志明,

宋金明1, 3, 4, 5 許靈靜1, 2, 5 于 非1, 2, 3, 5 宋秀賢1, 3, 4, 5 于仁成1, 3, 4, 5袁華茂1, 3, 4, 5 李新正1, 3, 4, 5 袁涌銓1, 3, 4

(1. 中國(guó)科學(xué)院海洋研究所 青島 266071; 2. 中國(guó)科學(xué)院海洋環(huán)流與波動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 青島 266071; 3. 青島海洋科學(xué)與技術(shù)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室 青島 266237; 4.中國(guó)科學(xué)院海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 青島 266071; 5. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 北京100049)

在全球變化和人類活動(dòng)共同影響下, 近年來(lái)我國(guó)近海生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)蕩加劇, 生物資源衰退, 赤潮、綠潮、水母旺發(fā)等生態(tài)災(zāi)害頻發(fā), 危及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和近海生態(tài)安全。國(guó)際上對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)的研究主要圍繞著環(huán)境變化、生態(tài)系統(tǒng)演變、生態(tài)安全以及它們之間的關(guān)系展開(kāi)(Chavezet al, 2003)。發(fā)起并組織實(shí)施的相關(guān)大型研究計(jì)劃包括以研究赤潮為主的“全球有害藻華生態(tài)學(xué)與海洋學(xué)研究(GEOHAB)”和“有害藻華與環(huán)境響應(yīng)(HARRNESS)”; 強(qiáng)調(diào)陸海相互作用對(duì)生態(tài)系統(tǒng)影響的“海岸帶陸海相互作用研究(LOICZ)”; 以及全面研究生態(tài)系統(tǒng)的“全球海洋生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究(GLOBEC)”、“海洋生物地球化學(xué)與生態(tài)系統(tǒng)整合研究(IMBER)”等。以上研究計(jì)劃加深了對(duì)近海生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀的了解, 也為理解生態(tài)環(huán)境變化機(jī)制提供了基礎(chǔ)。

我國(guó)近海生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域已經(jīng)開(kāi)展了大量的調(diào)查和研究工作, 對(duì)我國(guó)近海環(huán)境演變和生態(tài)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)與功能的研究有了一定的科研積累。例如, “渤海生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與生物資源持續(xù)利用”重大基金項(xiàng)目和“東、黃海生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與生物資源可持續(xù)利用”國(guó)家“973”計(jì)劃項(xiàng)目等, 研究主要集中在陸源輸入、人類活動(dòng)和近海本身的變化, 但對(duì)大洋輸入影響近海的過(guò)程認(rèn)識(shí)不足, 對(duì)環(huán)境演變的主要驅(qū)動(dòng)因子和生態(tài)系統(tǒng)變化規(guī)律缺乏系統(tǒng)的了解和認(rèn)識(shí)。

我國(guó)鄰近海域處于北太平洋環(huán)流系統(tǒng)中, 外海環(huán)流及其變異是影響我國(guó)近海生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和演變趨勢(shì)的重要驅(qū)動(dòng)器之一。在北太平洋熱帶和副熱帶海域, 赤道東風(fēng)帶和西風(fēng)帶的存在導(dǎo)致了風(fēng)應(yīng)力負(fù)渦度的輸入, 根據(jù) Sverdrup關(guān)系(Pedlosky, 1996; Huang,2010), 該負(fù)渦度的輸入必然導(dǎo)致太平洋副熱帶海域海水向赤道方向的水體輸送; 根據(jù)質(zhì)量守恒和渦度守恒,向南輸送的水體必然通過(guò)西邊界流——黑潮, 向北輸送。由于東海大陸架和沖繩海槽的存在, 向北輸送的海水在臺(tái)灣東北進(jìn)入沖繩海槽后為保持位渦守恒其流動(dòng)路徑基本平行于東海陸架的大陸坡, 從而黑潮主軸主要出現(xiàn)在200m等深線附近。然后, 在30°N附近黑潮主軸通過(guò)吐噶喇海峽流出沖繩海槽, 離開(kāi)東海進(jìn)入太平洋, 從而構(gòu)成了熱帶、副熱帶海域閉合的海洋環(huán)流系統(tǒng)。黑潮源源不斷地把熱帶太平洋海水向北輸送到副熱帶海區(qū), 攜帶了大量的熱能、機(jī)械能和營(yíng)養(yǎng)鹽,對(duì)東海陸架的環(huán)流和生態(tài)系統(tǒng)具有重要的調(diào)控作用(Su, 1998; Isobe, 2008; Guoet al, 2012; Yanget al, 2012;Guoet al, 2013; Yanget al, 2013)。黑潮帶來(lái)的高溫、高鹽的表層水及高磷酸鹽的次表層水, 可以改變近海的水團(tuán)結(jié)構(gòu), 改變近海生源要素, 從而影響近海的生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能。

為從協(xié)同研究的角度探究太平洋西邊界流與中國(guó)近海生態(tài)系統(tǒng)演變之間的關(guān)系, 刻畫(huà)鄰近大洋對(duì)我國(guó)近海的影響, 中國(guó)科學(xué)院及時(shí)啟動(dòng)了戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(A類)“熱帶西太平洋海洋系統(tǒng)物質(zhì)能量交換及其影響”, 該專項(xiàng)的項(xiàng)目二為“黑潮及其變異對(duì)中國(guó)近海生態(tài)系統(tǒng)的影響研究”。基于該項(xiàng)目對(duì)黃、東海大量的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)調(diào)查、歷史資料和數(shù)值模擬研究,目前對(duì)黑潮入侵東海陸架的途徑、機(jī)理和影響取得了重要研究進(jìn)展, 得到了黑潮入侵東海陸架底部分支結(jié)構(gòu)、變異及其物質(zhì)輸送影響的重要科學(xué)結(jié)果。

1　黑潮入侵東海的主要研究進(jìn)展

1.1　構(gòu)建高精度的海洋環(huán)流模式

為了研究黑潮入侵東海陸架及其變化, 基于ROMS (Regional Ocean Modelling System)模式(Shchepetkinet al, 2005), 針對(duì)東海和西北太平洋相互影響區(qū)域, 構(gòu)建了高分辨率的數(shù)值模式。模擬區(qū)域的經(jīng)度范圍為 105°—136°E, 緯度范圍為 15°—41°N,垂向分為 31 層; 模式的水平分辨率為 3′×3′cos(θ),θ表示緯度。該數(shù)值模式的水平分辨率在東海可以達(dá)到4km, 可以較好地分辨臺(tái)灣以東的中尺度渦旋。利用氣候態(tài)驅(qū)動(dòng)場(chǎng), 對(duì)該海域進(jìn)行了7年的氣候態(tài)模擬以便模式 spin-up, 然后在氣候態(tài)模擬結(jié)果的基礎(chǔ)上,利用熱通量、動(dòng)量通量、水通量以及10個(gè)天文分潮對(duì)海洋模式進(jìn)行了 23年(1993—2016年)的后報(bào)模擬(Egbertet al, 2002; Deeet al, 2011), 模擬結(jié)果可以很好地再現(xiàn)西邊界流、黑潮入侵呂宋海峽、東海陸架觀測(cè)斷面的溫、鹽結(jié)構(gòu)、海洋環(huán)流結(jié)構(gòu)等(Guanet al,2006; Guoet al, 2006; Huet al, 2008, 2010; Maturiet al, 2014; Nanet al, 2015)。并且該模式可以很好地再現(xiàn)春季黑潮入侵東海陸架的分支結(jié)構(gòu)等(圖 1), 為該模式結(jié)合觀測(cè)及生態(tài)動(dòng)力學(xué)模式研究黑潮物質(zhì)輸對(duì)東海生態(tài)的影響等過(guò)程奠定了基礎(chǔ)。

1.2　多學(xué)科證實(shí)黑潮入侵東海的近岸底部分支(NKBC)是影響近岸的關(guān)鍵途徑

為了解長(zhǎng)江口鄰近海域底層海流情況和溫度、鹽度特征, 在近海 60m等深線處布放了一套坐底潛標(biāo)(布放位置見(jiàn)圖 2a黃色三角形), 并成功進(jìn)行了回收,獲得了2014.6—2014.10近4個(gè)月的觀測(cè)資料。在濾掉潮流以后, 可以發(fā)現(xiàn)該處的底層流速主要指向北和東北(圖2b)。對(duì)比模擬得到的2014年6月的月平均底層流可以發(fā)現(xiàn), 該處位于黑潮入侵分支的北端,模擬的結(jié)果也表明該處的流場(chǎng)主要以北向和東北向流為主(圖2a)。該資料的觀測(cè)數(shù)據(jù)還表明, 長(zhǎng)江口鄰近海域底層水的鹽度高于34.3, 溫度在18°C左右(圖2c), 該溫度、鹽度特征表明其源于黑潮次表層水。非常值得注意的是, 該處底層溫度存在很強(qiáng)的約 40天的振蕩, 該振蕩既可能是黑潮分支水和近岸水局地博弈的結(jié)果, 又可能反映了黑潮分支水上游的變化信息。黑潮入侵分支可能受到其他水動(dòng)力學(xué)過(guò)程的影響, 如黑潮的高頻擺動(dòng)、陸架波、黑潮和陸架水界面處的鋒面渦旋等都可能對(duì)黑潮入侵分支的高頻變化產(chǎn)生影響(Zhanget al, 2001; Huet al, 2008; Changet al, 2011)。此外, 觀測(cè)到的溫度變化范圍高達(dá)2°C, 這對(duì)該區(qū)域底層海洋生態(tài)和低氧過(guò)程具有潛在影響。

綜上所述, 該潛標(biāo)資料證實(shí)了 Yang等( 2012,2013)基于夏季數(shù)值模擬結(jié)果和斷面觀測(cè)資料提出的黑潮入侵分支確實(shí)存在, 并且黑潮入侵分支可以在從6月到10月持續(xù)存在。由于地球行星β效應(yīng)和地形效應(yīng), 黑潮主要沿著大陸坡流動(dòng), 在東海陸架的大部分海域, 黑潮的存在像一個(gè)屏障把陸架水和大洋水隔開(kāi), 使得外海大洋水難以直接進(jìn)入東海陸架。該黑潮底部入侵分支是聯(lián)系外海大洋和近海的一個(gè)重要通道, 通過(guò)該通道外海大洋水可以進(jìn)入到長(zhǎng)江口鄰近海域的底層, 并通過(guò)上升流上升到海洋的表層(Lvet al, 2006; Qiaoet al, 2006), 從而對(duì)該生態(tài)災(zāi)害高發(fā)區(qū)的溶解氧和赤潮產(chǎn)生重要的調(diào)控作用。

圖1　春季(5月)表層(a)和底層(b)流場(chǎng)Fig.1 The surface(a) and bottom(b) current fields in spring(May)

同時(shí), 基于化學(xué)要素觀測(cè), 構(gòu)建了Ba-T-S黑潮入侵指示體系, 化學(xué)指標(biāo)也證實(shí)了黑潮入侵底部分支的存在(圖 3)。航次斷面資料的夏季分析結(jié)果表明黑潮次表層水從臺(tái)灣東北陸架坡折處沿底部向北偏西方向入侵東海陸架, 至122°E左右(DH9-5站位)底部,黑潮水可占95%。隨后, 在 約27°N, 122°E附近該水體分為近岸分支和離岸分支, 繼續(xù)向東海入侵, 其中近岸分支可以一直入侵到浙江近岸(29.5°N), 而離岸分支則沿約100m等深線轉(zhuǎn)向東北方向。黑潮次表層水入侵流至錢塘江口附近時(shí), 黑潮水占比仍可達(dá)到65%左右。垂直方向上, 陸架外側(cè)站位受黑潮次表層水的影響范圍更大, 黑潮水占 50%比例位置可延伸至外側(cè) TW0-1站位表層, 而內(nèi)側(cè)靠近大陸的站位則只限于陸架中部位置底層(Liuet al, 2017)。

另外, 由于溶解無(wú)機(jī)碘(IO3-和 I-)作為一種半保守化學(xué)指標(biāo)在水團(tuán)辨析上較溫度和鹽度更為靈敏(Wong, 1995; Truesdaleet al, 2002, 2003; Wonget al,2003), 因此能夠指示黑潮次表層水(KSSW)在臺(tái)灣島東北側(cè)的入侵(Wonget al, 2004)及在陸架上的遷移路徑。基于溶解無(wú)機(jī)碘、鹽度、水團(tuán)密度等參數(shù), 構(gòu)建了多參數(shù)水團(tuán)辨析方法, 并用于指示黑潮次表層水入侵東海陸架海域的路徑。該化學(xué)觀測(cè)指標(biāo)也證實(shí)了黑潮入侵分支的存在(Zhouet al, 2017)。如圖4所示,2014年5月, KSSW主要從臺(tái)灣島東北部入侵東海陸架, 在DH9斷面外海區(qū)域(26°N), KSSW的厚度接近80m。而隨著KSSW沿底部向北偏西方向入侵, 其厚度逐漸減小, 影響范圍逐漸變小。隨后, 在 DH6和DH7之間(約27.5°N), KSSW分為近岸分支和離岸分支, 其厚度均為20m左右, 并繼續(xù)北向遷移。其中近岸分支可以一直入侵到浙江近岸 50m等深線以內(nèi)的次表層位置(約 29.5°N)。

總之, 物理、化學(xué)等多學(xué)科觀測(cè)及模擬研究成果均已證實(shí)黑潮入侵東海近岸底部分支存在, 并且是連接外海太平洋和東海陸架近岸水的一個(gè)關(guān)鍵通道,可以把外海大洋的物質(zhì)能量輸入到東海近海, 使得浙江外海的赤潮、低氧高發(fā)區(qū)不僅受到人類活動(dòng)的影響(例如人類活動(dòng)引起長(zhǎng)江入海物質(zhì)變化等), 而且受到外海大洋變化的調(diào)控。

1.3　黑潮入侵東海近岸底部分支(NKBC)存在不同時(shí)空尺度的變化

圖2　模擬的月均底層流場(chǎng)(a)及潛標(biāo)測(cè)得的流速、溫、鹽、溶解氧分布(b, c)Fig.2 The modeled monthly bottom current field (a) and the distribution of velocity, temperature, salinity, and dissolved oxygen recorded by the marine submersible buoy (b,c) (its location is shown by the yellow triangle in Fig.2a)

2014—2015年航次的溫鹽觀測(cè)數(shù)據(jù)(圖5)和流場(chǎng)數(shù)值模擬結(jié)果(圖 6)都表明黑潮入侵分支存在很強(qiáng)的季節(jié)變化。通過(guò)浙江外海一個(gè)斷面(DH-4)的高鹽水(鹽度＞34.3)通量的計(jì)算表明, 通過(guò)該斷面的高鹽水通量在3—4月份就開(kāi)始在浙江外海出現(xiàn)并逐漸增強(qiáng),在7月份水通量達(dá)到最強(qiáng), 可入侵達(dá)到近岸區(qū)域, 然后逐漸減弱, 在10月份高鹽水逐漸消失, 說(shuō)明秋、冬季節(jié)黑潮入侵分支向外海偏移, 不能到達(dá)浙江外海50m等深線以西的近岸區(qū)域。化學(xué)多參數(shù)水團(tuán)辨析方法同樣證明了入侵存在季節(jié)差異: 春季入侵近岸分支可到達(dá)近岸區(qū)域, 而秋季入侵分支離岸偏向黑潮主軸(圖 7)。

圖3　基于Ba-T-S指示體系的黑潮次表層入侵水占比Fig.3 Proportions of the Kuroshio subsurface intrusion water based on the Ba-T-S index

圖4　2014年5月, 基于多參數(shù)水團(tuán)辨析方法指示的黑潮入侵路徑Fig.4 The constructed Kuroshio intrusion path during May, 2014 determined by the method of multi-parameter water mass analysis注: 顏色代表入侵水團(tuán)的厚度變化

對(duì)比不同年份的斷面觀測(cè)結(jié)果, 以鹽度為指示可以看出, 黑潮底部分支存在顯著的年際變化: 2009年顯示出到達(dá)近岸的入侵, 而 2012年入侵遠(yuǎn)離近岸偏向外海(圖 8)。模擬的水通量結(jié)果也表明, 黑潮底部入侵分支在浙江近海出現(xiàn)的時(shí)間和量值存在年際變化(圖 9)。

圖5　實(shí)測(cè)的不同季節(jié)的溫度(左列, 單位: °C)和鹽度(右)剖面Fig.5 The observed temperature(left) and salinity(right) profiles of four seasons

圖6　模擬的不同季節(jié)的底層流場(chǎng)(從上到下: 1、4、7、10月; 流場(chǎng)為月平均的底層流場(chǎng), 水深大于200m區(qū)域的底層流場(chǎng)用200m層的流場(chǎng)代替)Fig.6 The modeled bottom current fields of different seasons (a. January b. April, c. July, d. October)

圖8　不同年份的觀測(cè)站位(左)及鹽度剖面(右)Fig.8 The locations of stations(left) and the observed salinity profiles(right) of different years

圖9　斷面位置(a)及模擬的不同年份通過(guò)斷面的水通量(b)Fig.9 The location of the transect (left, the black line) and the water volumes that cross the transect in different years

1.4　提出了黑潮入侵東海分支存在和變化的動(dòng)力機(jī)制

黑潮入侵分支存在明顯的季節(jié)變化和年際變化,黑潮入侵分支為什么會(huì)發(fā)生？了解其背后的物理機(jī)制, 才可以更好的預(yù)測(cè)。基于地球流體動(dòng)力學(xué)理論,我們提出了地形β-spiral理論, 該理論是大洋(Stommelet al, 1977) β-spiral在陸架的延伸。該理論提出: 當(dāng)?shù)讓恿鞯姆较蚝偷匦蔚奶荻确较虿淮怪钡臅r(shí)候(也就是說(shuō)當(dāng)入侵流的方向不平行于等深線的時(shí)候), 海流就會(huì)從表層到底層發(fā)生逐層偏轉(zhuǎn)。如果底層流的方向和地形梯度方向的夾角小于 90°, 入侵陸架的流就會(huì)逐漸發(fā)生從表層到底層的氣旋式偏轉(zhuǎn),這對(duì)應(yīng)于很強(qiáng)的底層入侵; 反之, 如果底層流的方向和地形梯度方向的夾角大于 90°, 入侵陸架的流就會(huì)逐漸發(fā)生從表層到底層的反氣旋式偏轉(zhuǎn), 這時(shí)對(duì)應(yīng)于強(qiáng)的表層水入侵?；谠摾碚? 可以預(yù)測(cè): 在東海陸架上, 凡是黑潮路徑和等深線不平行的地方都會(huì)發(fā)生入侵流的垂向偏轉(zhuǎn), 并且底層流的方向和地形梯度的角度決定了入侵主要發(fā)生在底層還是表層(圖 10)。

數(shù)值模擬結(jié)果的動(dòng)量方程診斷結(jié)果表明, 黑潮主軸存在季節(jié)變化, 當(dāng)黑潮主軸發(fā)生向岸或向海的偏轉(zhuǎn)時(shí), 就會(huì)導(dǎo)致黑潮底層流方向和地形梯度的夾角發(fā)生變化, 從而引起黑潮入侵分支的季節(jié)變化。此外臺(tái)灣以東的渦旋, 會(huì)影響黑潮的水平密度結(jié)構(gòu), 從而影響黑潮底層流的方向(Yinet al, 2017), 根據(jù)所提出的地形 β-spiral理論, 其會(huì)進(jìn)一步影響黑潮對(duì)東海陸架的入侵。

圖10　解釋黑潮入侵東海分支的地形β-spiral理論Fig.10 The topography β-spiral theory to explain the Kuroshio intrusion branch into East China Sea

1.5　揭示了黑潮物質(zhì)輸入對(duì)東海陸架生態(tài)過(guò)程的影響

為了研究黑潮底部分支輸入的磷酸鹽的年際變化對(duì)長(zhǎng)江口鄰近海域的影響, 在臺(tái)灣以東選定的一個(gè)固定斷面上(Yanget al, 2013), 每年的1月1日根據(jù)觀測(cè)資料給定磷酸鹽的濃度, 并在每年的隨后計(jì)算中, 保持濃度不變。在數(shù)值模擬中, 臺(tái)灣東北的黑潮輸入的磷酸鹽是東海磷酸鹽的唯一來(lái)源。在每年數(shù)值模擬的初始條件中, 整個(gè)海區(qū)的磷酸鹽濃度設(shè)為 0,并且在數(shù)值試驗(yàn)中磷酸鹽的濃度被認(rèn)為是保守的,即只考慮磷酸鹽的平流輸送和擴(kuò)散過(guò)程。模擬結(jié)果表明, 2005年和2014年黑潮輸入的磷酸鹽在長(zhǎng)江口鄰近海域表層的出現(xiàn)時(shí)間相差了約半個(gè)月, 并且其出現(xiàn)的規(guī)模也存在較大區(qū)別(圖11)。黑潮底部分支在此處出現(xiàn)的早晚意味著該區(qū)域底層水溫和磷酸鹽濃度的變化時(shí)間存在年際變化。對(duì)應(yīng)于水文和生化環(huán)境的年際變化, 相應(yīng)地赤潮出現(xiàn)的早晚和規(guī)模也會(huì)發(fā)生變化。

同時(shí), 針對(duì) 2009年夏季個(gè)例情況, 建立了環(huán)流與生態(tài)耦合模式并進(jìn)行了生態(tài)過(guò)程模擬, 模擬結(jié)果顯示, 包括黑潮底部入侵分支磷酸鹽輸送的模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)葉綠素的分布結(jié)果更加一致(圖12), 說(shuō)明底部分支供給的營(yíng)養(yǎng)鹽有助于維持長(zhǎng)江口外鄰近海域葉綠素生長(zhǎng), 進(jìn)而影響生態(tài)過(guò)程。

圖11　不同年份黑潮入侵底部分支對(duì)長(zhǎng)江口鄰近海域磷酸鹽的輸送量Fig.11 The phosphates that being transported from the Kuroshio bottom branch to Zhejiang coastal region in different years

圖12　模擬和觀測(cè)葉綠素結(jié)果比較Fig.12 Comparisons between the modeled and observed concentrations of chlorophylls

此外, 基于2014年5月份春季調(diào)查資料, 分析了調(diào)查期間黃東海原綠球藻分布狀況。值得注意的是在臺(tái)灣島東北部存在一個(gè)高的原綠球藻分布區(qū), 而在長(zhǎng)江口鄰近海域也存在原綠球藻的高濃度分布區(qū),并且兩個(gè)高濃度區(qū)之間也存在著高濃度條帶分布(圖13)。這也從側(cè)面表明了黑潮入侵水的路徑和特征。

圖13　2014年5月春季調(diào)查期間黃東海原綠球藻分布狀況Fig.13 Distribution of prochlorococcus in the Yellow and East China Seas during May, 2014

該結(jié)果給出了另外一個(gè)重大的啟示: 黑潮入侵分支可以把某些熱帶藻種, 輸入到中國(guó)近海從而引起近海生態(tài)過(guò)程的變化。已有研究結(jié)果也表明, 某些近岸的藻類, 并不是我國(guó)的局地種, 而是外來(lái)藻種。此外, 2015年8月底棲生物的調(diào)查資料表明, 在黑潮入侵分支的流經(jīng)區(qū)域, 其底棲生物也存在與周邊不一樣的類群(圖14)。

2　急需回答的科學(xué)問(wèn)題和未來(lái)的研究展望

國(guó)內(nèi)外已意識(shí)到近海生態(tài)系統(tǒng)的變化與鄰近大洋乃至更大范圍的環(huán)境變化密切相關(guān), 需要從更為廣闊的空間和時(shí)間尺度上開(kāi)展協(xié)同研究。例如西北太平洋沿岸上升流區(qū)初級(jí)生產(chǎn)力異常分布和低氧區(qū)異常主要由鄰近大洋的亞極地水異常入侵引起, 東北太平洋海洋環(huán)境的大時(shí)間尺度(年際、年代際)變異,對(duì)其海洋生態(tài)系統(tǒng)的年際變化起到主要的控制作用(Granthamet al, 2004)。Diaz等(2008)指出: 近海上升流區(qū)的生態(tài)系統(tǒng), 除了受人類活動(dòng)以及入海徑流的影響外, 其本身還受到外海大尺度海洋環(huán)境變化的影響。

圖14　2015年8月底棲生物分布特征Fig.14 Distribution of the benthos in August, 2015

目前的研究已經(jīng)回答了大洋西邊流黑潮影響東海陸架的主要途徑及其變化、機(jī)制和初步影響效應(yīng),但尚有許多科學(xué)問(wèn)題有待回答: 根據(jù)繞島理論, 日本以東太平洋大洋環(huán)流必然會(huì)導(dǎo)致黑潮入侵東海, 其調(diào)整機(jī)制和過(guò)程目前仍然不清楚。黑潮入侵東海陸架底部分支與太平洋氣候變化信號(hào)存在什么關(guān)系？大洋中尺度渦如何影響黑潮入侵東海陸架分支？黑潮入侵分支和臺(tái)灣暖流的相互作用是什么樣的？外海大洋輸入的物質(zhì), 有多少進(jìn)入了我國(guó)近岸的生態(tài)系統(tǒng)中, 到底對(duì)生態(tài)過(guò)程和赤潮災(zāi)害的發(fā)生、低氧區(qū)的形成等起怎樣的作用？哪些區(qū)域人類活動(dòng)比外海入侵更重要, 哪些區(qū)域外海入侵起控制作用？近海的藻類有多少是外來(lái)物種, 該物種是如何進(jìn)入到近海的? 這些物種對(duì)我國(guó)的生態(tài)系統(tǒng)的影響是什么樣的?東海原甲藻是否存在孢囊？該孢囊是否可以通過(guò)黑潮入侵分支輸入到浙江外海的赤潮高發(fā)區(qū)？等等。

這些都是未來(lái)需要重點(diǎn)回答的科學(xué)問(wèn)題, 這些問(wèn)題的回答, 將有助于深化外海大洋物質(zhì)能量輸入對(duì)近海生態(tài)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí), 提高對(duì)近海生態(tài)系統(tǒng)變動(dòng)的預(yù)測(cè)水平。

致謝本文的數(shù)值模擬工作是在中國(guó)科學(xué)院海洋研究所的高性能計(jì)算平臺(tái)上完成的,特此致謝。

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