王玉衡 趙 亮 沈家葳

(1. 天津科技大學(xué)海洋與環(huán)境學(xué)院 天津 300457; 2. 天津市海洋資源與化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 天津 300457)

東海是西北太平洋典型的邊緣海, 也是我國(guó)重要的漁業(yè)產(chǎn)地(寧修仁等, 1995)。黑潮作為東海重要的外源營(yíng)養(yǎng)鹽來源一直受到研究者的關(guān)注。對(duì)黑潮輸入東海陸架營(yíng)養(yǎng)鹽總量的估算, 現(xiàn)有的研究大部分是基于水量平衡的箱式模型, Chen等(1999)最早給出黑潮上陸架營(yíng)養(yǎng)鹽通量的估算, 并指出黑潮和臺(tái)灣暖流是東海陸架主要的外源營(yíng)養(yǎng)鹽來源。這一結(jié)論得到了后續(xù)研究的支持(Fang, 2004; Zhanget al, 2007)。此外也有部分研究采用實(shí)測(cè)營(yíng)養(yǎng)鹽與文獻(xiàn)中的流量數(shù)據(jù)進(jìn)行估算, 如董書航等(2016)給出了春季黑潮上陸架的營(yíng)養(yǎng)鹽通量; 或者采用數(shù)值模式的模擬結(jié)果進(jìn)行計(jì)算, 如 Zhao等(2011)基于耦合生態(tài)模型對(duì)黑潮沿200m等深線跨陸架通量的模擬。雖然不同研究的計(jì)算結(jié)果有差異, 但現(xiàn)有研究普遍顯示黑潮至少貢獻(xiàn)了東海陸架一半的外源營(yíng)養(yǎng)鹽輸入。

除了對(duì)總量的估算, 富含營(yíng)養(yǎng)鹽的黑潮次表層水入侵陸架的路徑是另一個(gè)研究的焦點(diǎn), Kondo(1985)認(rèn)為臺(tái)灣東北上陸架的黑潮分支可以越過100m等深線抵達(dá) 30°N左右的長(zhǎng)江淺灘外緣, 這一結(jié)論得到了Yang等(2011)數(shù)值模擬結(jié)果的支持。Su等(1987, 1994)通過對(duì)水文數(shù)據(jù)和錨系站流速數(shù)據(jù)的分析, 認(rèn)為黑潮次表層水入侵后, 可以北上至 28°—29°N, 但主要沿 100—200m 等深線移動(dòng), 基本不會(huì)進(jìn)入中陸架和內(nèi)陸架。Qiu等(1990)利用數(shù)值模型對(duì)東海黑潮進(jìn)行了模擬, 結(jié)果顯示臺(tái)灣東北入侵的黑潮次表層水北上至 27°N附近就返回了黑潮主干, 同樣基本不會(huì)越過 100m等深線。Ichikawa等(2002)認(rèn)為黑潮進(jìn)入東海陸架的分支可以越過100m等深線, 但會(huì)在28°N附近回到黑潮主干或者匯入九州以西的對(duì)馬暖流源地。黑潮次表層水入侵陸架的路徑目前仍然存在一定爭(zhēng)議。

箱式模型解決了黑潮對(duì)東海陸架營(yíng)養(yǎng)鹽輸入總量的問題, 但是無法給出輸入的營(yíng)養(yǎng)鹽在陸架上是如何分布的, 黑潮次表層水入侵路徑的研究在一定程度上有助于了解黑潮輸入營(yíng)養(yǎng)鹽的分布范圍, 但無法很好定量黑潮輸入營(yíng)養(yǎng)鹽在各海區(qū)的分配。本文通過數(shù)值模式的敏感性實(shí)驗(yàn), 對(duì)黑潮在不同季節(jié)輸入到不同海區(qū)和水層的營(yíng)養(yǎng)鹽進(jìn)行了定量化的對(duì)比。浮游植物的情況則更為復(fù)雜, 除營(yíng)養(yǎng)鹽以外, 溫度、光照以及海水穩(wěn)定性等都會(huì)對(duì)浮游植物的生長(zhǎng)產(chǎn)生影響(Sverdrup, 1953; Eppley, 1972; Mitchellet al,1991)。不同季節(jié), 輸入到不同海區(qū)和水層的營(yíng)養(yǎng)鹽對(duì)浮游植物生長(zhǎng)的貢獻(xiàn)是不一樣的, 輸入限制性營(yíng)養(yǎng)鹽和非限制性營(yíng)養(yǎng)鹽的效果也有差別。黑潮對(duì)東海陸架不同海區(qū)浮游植物或者初級(jí)生產(chǎn)力的貢獻(xiàn)是現(xiàn)有研究較為缺乏的, 也是我們?cè)噲D回答的另一個(gè)問題。

1　模型配置與驗(yàn)證

本文采用 Zhao等(2011)建立的生態(tài)動(dòng)力學(xué)耦合模型進(jìn)行敏感性實(shí)驗(yàn), 包括水動(dòng)力和生態(tài)動(dòng)力學(xué)兩個(gè)模塊, 以在線耦合的方式運(yùn)行。水動(dòng)力部分模塊——普林斯頓大學(xué)海洋模型 (Princeton Ocean Model,POM, Blumberget al, 1987), 包含3層嵌套, 內(nèi)層水平分辨率1/18°×1/18°, 垂向采用σ坐標(biāo), 分為21層。生態(tài)動(dòng)力學(xué)模塊(Aksneset al, 1995; Skogenet al,1995; Zhaoet al, 2011)包括氮(DIN)、磷(DIP)、硅(DSi)三種營(yíng)養(yǎng)鹽, 硅藻和甲藻兩種浮游植物類群, 以及有機(jī)碎屑和生源硅兩種有機(jī)顆粒物。模型運(yùn)行3年以達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài), 取第4年的結(jié)果進(jìn)行分析, 分析區(qū)域如圖1所示。

圖1　研究區(qū)域與地形Fig.1 Study area and the topography

Zhao等(2011)就模式PN斷面的模擬結(jié)果與日本氣象廳的調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證, 發(fā)現(xiàn)模式模擬的葉綠素和 DIN斷面分布都很好的抓住了觀測(cè)中的主要特征。為了分析黑潮對(duì)東海陸架的影響, 本文選取 Gong等(2003)在東海陸架的表層葉綠素觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行進(jìn)一步的驗(yàn)證(圖 2)。觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示了冬季到初春東海陸架表層葉綠素濃度普遍較低, 夏季在長(zhǎng)江口和杭州灣以東出現(xiàn)高值區(qū), 秋季整體回落的規(guī)律, 在模式結(jié)果中都得到了較好的模擬。雖然個(gè)別高值中心位置的模擬略有偏差, 但考慮到 Gong等(2003)的觀測(cè)結(jié)果是1997—1998年間4個(gè)航次的數(shù)據(jù),而模型強(qiáng)迫是多年平均的結(jié)果, 這一差異是可以理解的。這充分說明了模型在對(duì)黑潮模擬方面的可靠性。

圖2　表層葉綠素分布的觀測(cè)與模擬結(jié)果Fig.2 Simulation and observation on distribution of the chlorophyll in surface layer

為了研究黑潮對(duì)東海陸架生態(tài)系統(tǒng)的影響, 設(shè)定一組敏感性實(shí)驗(yàn)改變開邊界黑潮輸入營(yíng)養(yǎng)鹽濃度,并通過與受控實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比, 來定量化分析黑潮營(yíng)養(yǎng)鹽輸入對(duì)東海陸架不同區(qū)域不同層次浮游生態(tài)系統(tǒng)的貢獻(xiàn)?？紤]到浮游生態(tài)系統(tǒng)是個(gè)復(fù)雜的非線性系統(tǒng), 為了保證敏感性實(shí)驗(yàn)的合理性, 敏感性實(shí)驗(yàn)的條件設(shè)置參考了Guo等(2012)黑潮營(yíng)養(yǎng)鹽通量年際變化的研究結(jié)果。Guo等(2012)通過分析 1987—2009年間的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算了PN斷面黑潮硝氮通量的年際變化, 得到的多年平均硝氮通量為 170.8kmol/s,年際變化的趨勢(shì)是每年增加 0.88kmol/s。據(jù)此估算,過去20年黑潮的硝氮通量大約增加了10%。該研究同時(shí)指出硝氮和 DIP濃度具有良好的線性關(guān)系(R=0.99), 可以認(rèn)為 DIP的通量變化規(guī)律與硝氮類似。DSi通量的年際變化缺乏足夠的觀測(cè)數(shù)據(jù)。但Kodama等(2014)利用黑潮134°E斷面2002—2013年現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)的分析顯示, 在中上層DSi與硝氮和亞硝氮濃度之和也存在較好的線性關(guān)系?？紤]到除表層水外, 黑潮 DIN主要以硝氮的形式存在(在次表層約占88%, 中層約占98%, Zhanget al, 2007), 在敏感性實(shí)驗(yàn)的配置中, DIP和DSi通量都采用了與DIN相同的設(shè)定, 即對(duì)黑潮區(qū)開邊界的DIN、DIP和DSi濃度改變 10%, 來模擬黑潮輸入營(yíng)養(yǎng)鹽年際變化對(duì)東中國(guó)海浮游生態(tài)系統(tǒng)的影響。

2　結(jié)果

圖3　黑潮營(yíng)養(yǎng)鹽增加對(duì)東海表層葉綠素及營(yíng)養(yǎng)鹽貢獻(xiàn)的分布Fig.3 Contribution of nutrient increase in Kuroshio to the surface chlorophyll and nutrients in the East China Sea填色代表敏感性實(shí)驗(yàn)與受控實(shí)驗(yàn)結(jié)果之差, 從上至下依次為葉綠素(chl a, mg/m3)、溶解態(tài)無機(jī)氮(DIN, μmol/L)、溶解態(tài)無機(jī)氮(DIP,μmol/L)和溶解態(tài)硅酸鹽(DSi, μmol/L)

圖 3顯示了黑潮營(yíng)養(yǎng)鹽增加 10%后給東海表層葉綠素及營(yíng)養(yǎng)鹽帶來的增量, 黑潮的營(yíng)養(yǎng)鹽輸入以高磷著稱(Zhanget al, 2007), 反映在實(shí)驗(yàn)結(jié)果中, DIP各個(gè)季節(jié)都表現(xiàn)為增加, 但秋冬季增加的區(qū)域連成一片, 春夏季則分割為黑潮區(qū)和長(zhǎng)江口-蘇北兩個(gè)孤立的區(qū)域。

DIN和DSi分布有一定的相似性。冬季都是普遍增加; 春季黑潮區(qū)和蘇北淺灘增加, 東海內(nèi)陸架和中陸架減少; 夏季黑潮區(qū)增加, 長(zhǎng)江沖淡水范圍內(nèi)減少;秋季DIN是整體增加的, 但DSi在浙閩沿岸、蘇北和蘇巖礁附近是減少的。

葉綠素相對(duì)復(fù)雜。冬季是黑潮主軸兩側(cè)增加明顯;春季黑潮區(qū)和長(zhǎng)江口以東增加, 東海陸架減少; 夏季跟春季類似, 但沒有了陸架上減少的區(qū)域; 秋季則與冬季類似, 但在杭州灣以東多出一個(gè)孤立的增加區(qū)域。

從大面分布中可以明顯的看到, 黑潮對(duì)東海表層營(yíng)養(yǎng)鹽和葉綠素的影響非常廣泛, 幾乎遍布整個(gè)陸架, 但是在不同區(qū)域體現(xiàn)出不同的特征。單純從表層浮游植物的增量來看, 呈現(xiàn)出內(nèi)陸架和外陸架增量較高, 中陸架則基本不受影響的特點(diǎn), 尤以春夏兩季最為明顯。從營(yíng)養(yǎng)鹽的分布, 也可以看到高營(yíng)養(yǎng)鹽的黑潮水對(duì)陸架的入侵, 從南到北并不均勻。為詳細(xì)了解黑潮對(duì)東海陸架不同區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的影響, 本文選擇了橫跨陸架的 PN斷面(圖 4)以及沿50m等深線的ES1斷面(圖5)進(jìn)行分析, 斷面位置見圖1。

圖4　黑潮營(yíng)養(yǎng)鹽增加對(duì)PN斷面葉綠素及營(yíng)養(yǎng)鹽貢獻(xiàn)的分布Fig. 4 Contribution of nutrient increase in Kuroshio to the chlorophyll and nutrients in the PN section

PN斷面3種營(yíng)養(yǎng)鹽變化量的分布規(guī)律較為相似,冬季垂向混合均勻, 從外陸架到內(nèi)陸架濃度逐漸降低, 底層增量大于表層; 春夏兩季雖然表層只能在內(nèi)陸架看到營(yíng)養(yǎng)鹽增加的海區(qū), 但是中層和底層的黑潮水入侵仍然清晰可見; 秋季隨著垂向混合的增強(qiáng),黑潮水的影響逐漸從中底層向表層擴(kuò)展。

葉綠素的變化, 冬季主要在外陸架, 表層最為明顯, 但在 50—100m 的水深上, 也仍然可以看到葉綠素濃度的增加; 春季主要在表層, 內(nèi)陸架和外陸架升高, 中陸架則有所降低, 這可能與早春水華對(duì)表層營(yíng)養(yǎng)鹽的消耗有關(guān); 夏季內(nèi)陸架表現(xiàn)在表層, 中陸架和外陸架主要體現(xiàn)在次表層, 這與夏季真光層加深有關(guān); 秋季則在整個(gè)表層海區(qū)普遍出現(xiàn)上升的態(tài)勢(shì), 隨著躍層的減弱, 中底層營(yíng)養(yǎng)鹽向上補(bǔ)充有利于表層葉綠素的增加。值得注意的是除了冬季以外, 其他季節(jié)葉綠素的高值區(qū)往往對(duì)應(yīng)著營(yíng)養(yǎng)鹽的低值, 這種反向分布在一定程度上反映了東海陸架浮游生態(tài)系統(tǒng)在夏半年有下行控制的特點(diǎn)。冬季的葉綠素局限于外陸架體現(xiàn)了光限制, 夏秋季中陸架表層的降低則主要是營(yíng)養(yǎng)鹽限制的結(jié)果。

圖5　黑潮營(yíng)養(yǎng)鹽增加對(duì)ES1斷面葉綠素及營(yíng)養(yǎng)鹽貢獻(xiàn)的分布Fig.5 Contribution of nutrient increase in Kuroshio to the chlorophyll and nutrients in the ES1 section注: 圖中以倒三角標(biāo)注與S斷面和PN斷面的交點(diǎn)

對(duì)ES1斷面, 根據(jù)其與PN、S兩斷面的交點(diǎn), 分成南中北3段。黑潮水對(duì)ES1斷面的營(yíng)養(yǎng)鹽輸入明顯集中于中段, 而且自南向北影響從底層逐漸向表層擴(kuò)展; 南段接收的營(yíng)養(yǎng)鹽較少, 葉綠素也幾乎沒有變化; 北段從營(yíng)養(yǎng)鹽濃度來看, 變化不如中段明顯, 甚至夏季還出現(xiàn)了DIN和DSi的降低, 葉綠素的增加卻是最為顯著的?？紤]到ES1斷面的北段位于長(zhǎng)江淺灘的外緣, 屬于初級(jí)生產(chǎn)非常旺盛的海區(qū), 比較合理的解釋是北段浮游植物的生長(zhǎng)消耗了大量營(yíng)養(yǎng)鹽, 從而呈現(xiàn)出葉綠素增加而營(yíng)養(yǎng)鹽幾乎不變的分布特征,同時(shí)長(zhǎng)江口外區(qū)域以磷限制為主(林軍等, 2011; 王奎等, 2013), 黑潮大量補(bǔ)充 DIP, 在刺激葉綠素增加的同時(shí), 也造成了該區(qū)域DIN和DSi的減少。

兩個(gè)斷面的葉綠素和營(yíng)養(yǎng)鹽分布除了反映黑潮貢獻(xiàn)在沿等深線和垂直等深線兩個(gè)方向的差異, 也反映了不同水層受黑潮影響的不同。比如PN斷面中段夏秋季的次表層葉綠素峰值和 ES1斷面中段營(yíng)養(yǎng)鹽自南向北逐漸向表層入侵等特征, 都需要通過對(duì)葉綠素和營(yíng)養(yǎng)鹽的變化進(jìn)行分層統(tǒng)計(jì)來加以體現(xiàn)。因此, 本文分別統(tǒng)計(jì)了敏感性實(shí)驗(yàn)中不同海區(qū)不同水層中葉綠素和營(yíng)養(yǎng)鹽變化的積分值, 以便定量化分析黑潮對(duì)東海陸架浮游生態(tài)系統(tǒng)的貢獻(xiàn)。

3　討論

從圖4和圖5的斷面分布可以看出, 黑潮對(duì)東海陸架生態(tài)系統(tǒng)的貢獻(xiàn)既有沿黑潮主軸方向的變化,又有從外陸架到內(nèi)陸架的差異。因此, 以PN和S兩個(gè)斷面將東海陸架分為南、中、北三部分, 以ES1(50m等深線)和 ES2(100m等深線)兩個(gè)斷面劃分內(nèi)陸架、中陸架和外陸架。這樣, 整個(gè)東海陸架被分成9個(gè)海區(qū), 具體海區(qū)劃分如表1所示。

對(duì)不同區(qū)域的葉綠素和營(yíng)養(yǎng)鹽變化進(jìn)行積分,年平均以后的統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。三種營(yíng)養(yǎng)鹽的分布較為相似, 都呈現(xiàn)出自外陸架向內(nèi)陸架遞減, 從南向北遞增的趨勢(shì)。具體到9個(gè)區(qū)域, 內(nèi)陸架南部幾乎沒有黑潮營(yíng)養(yǎng)鹽的輸入, 內(nèi)陸架的中北部和中陸架的南部得到的營(yíng)養(yǎng)鹽輸入也較少, 營(yíng)養(yǎng)鹽的輸入主要還是集中在中陸架的中北部和外陸架。這一分布趨勢(shì)與Ichikawa等(2002)根據(jù)鹽度調(diào)查給出的臺(tái)灣以北黑潮分支的路徑較為相似, Yang等(2011)利用ROMS模型進(jìn)行的質(zhì)點(diǎn)追蹤實(shí)驗(yàn)也得到了類似的結(jié)果, 即臺(tái)灣東北部黑潮次表層水上陸架后, 大致沿122°E向北擴(kuò)散, 在26°N附近越過100m等深線, 在29°N附近達(dá)到60m等深線, 之后沿60m等深線抵達(dá)長(zhǎng)江口和杭州灣以東海區(qū), 其流經(jīng)海區(qū)與上述敏感性實(shí)驗(yàn)中營(yíng)養(yǎng)鹽增加較為明顯的海區(qū)基本是一致的。

表1　年平均的區(qū)域積分葉綠素及營(yíng)養(yǎng)鹽變化Tab.1 The annual mean of region-integrated increment of chlorophyll and nutrients

葉綠素的分布則與營(yíng)養(yǎng)鹽存在一定差異, 表現(xiàn)在內(nèi)陸架北部和外陸架中部?jī)蓚€(gè)海區(qū)的葉綠素增量在整個(gè)東海陸架中的占比明顯高于營(yíng)養(yǎng)鹽的比例(兩個(gè)海區(qū)的葉綠素增量分別占整個(gè)陸架的 7.4%和27.0%, 營(yíng)養(yǎng)鹽以DIP為例則只占3.8%和18%); 與之對(duì)應(yīng)的, 外陸架南部則是營(yíng)養(yǎng)鹽輸入較多但葉綠素增量偏低的典型(葉綠素和 DIP占比分別為 7.1%和12.1%)。為了分析這一差距的來源, 本文對(duì)敏感性實(shí)驗(yàn)的結(jié)果分冬季(圖6)和夏季(圖7)進(jìn)行了分層積分。

3種營(yíng)養(yǎng)鹽的垂向分布和季節(jié)變化表現(xiàn)有一致特征。就垂向分布而言, 整體上以50m以深的中下層占據(jù)優(yōu)勢(shì), 夏季尤為明顯, 以DIP為例, 2月和8月中下層的增量分別占到整個(gè)海區(qū)的 48%和 68%; 分海區(qū)來看, 外陸架的 3個(gè)海區(qū)中下層的優(yōu)勢(shì)都非常顯著,而中陸架 20—50m的次表層和中下層所占的比例較為接近, 內(nèi)陸架營(yíng)養(yǎng)鹽增量比較小, 由于水深的原因,沒有 50m以深的水層, 營(yíng)養(yǎng)鹽集中在表層和次表層,冬季表層占優(yōu), 夏季二者相當(dāng)。就季節(jié)變化而言, 營(yíng)養(yǎng)鹽輸入的總量和區(qū)域分布格局, 2月和8月的統(tǒng)計(jì)結(jié)果都沒有明顯差異, 仍以DIP為例, 2月整個(gè)東海陸架的增量為294×109mol, 8月份略低為261×109mol,但在層次分配上, 有一定的區(qū)別, 8月營(yíng)養(yǎng)鹽輸入更加集中于底層。

葉綠素的分布則與營(yíng)養(yǎng)鹽體現(xiàn)出截然不同的特征。在垂向上, 絕大部分海區(qū)的葉綠素增量集中在表層和次表層。在季節(jié)變化上, 雖然葉綠素增加的總量變化不大(2月為282×106g, 8月為239×106g), 但是在區(qū)域和層次上存在明顯的差異。2月的葉綠素增量主要集中在外陸架的中北部和中陸架的中部, 表層和次表層幾乎各半。而8月份則主要在外陸架的中部、中陸架的中北部和內(nèi)陸架的北部, 除了內(nèi)陸架北部以外都以次表層為主。從前面的大面和斷面分布可以看到夏季的葉綠素和營(yíng)養(yǎng)鹽高值是反向分布的, 所以如果一個(gè)海區(qū)的葉綠素增量集中在夏季, 對(duì)應(yīng)的營(yíng)養(yǎng)鹽增量會(huì)顯得較低。從圖6和圖7可以看出內(nèi)陸架北部和外陸架中部夏季葉綠素增量明顯高于冬季,這在一定程度上解釋了為什么這兩個(gè)海區(qū)的葉綠素增量占比明顯高于營(yíng)養(yǎng)鹽。

圖7　8月份各海區(qū)分層葉綠素(a)及營(yíng)養(yǎng)鹽(b: DIN; c: DIP;d: DSi)變化Fig.7 Integrated increment of chlorophyll (a) and nutrients(b:DIN; c: DIP; d: DSi) in August.

目前利用觀測(cè)對(duì)陸架區(qū)營(yíng)養(yǎng)鹽收支的估算主要有Chen等(1999)和Zhang等(2007)對(duì)三種營(yíng)養(yǎng)鹽在陸架區(qū)整體收支分季節(jié)的估算, 以及Fang(2004)對(duì)磷酸鹽的估算, 其中 Chen等(1999)的結(jié)果還提供了黑潮分層的收支。此外 Zhao等(2011)采用與本文相同的三維水動(dòng)力模型, 估算了黑潮對(duì)東海陸架的營(yíng)養(yǎng)鹽輸入。

整體來講, 對(duì)黑潮輸入的營(yíng)養(yǎng)鹽, 多數(shù)文獻(xiàn)的估算結(jié)果差別不大, 仍以 DIP為例, Chen等(1999),Zhang等(2007), Zhao 等(2011)和Fang(2004)四組研究估算的年均通量分別為0.34、0.652、0.7和0.82kmol/s,只有Chen的結(jié)果較其他研究偏低。對(duì)比Chen等(1999)和 Zhang等(2007)冬夏兩季的收支, 可以看到冬季Chen等(1999)的估算值(0.37kmol/s)明顯低于 Zhang等(2007)的結(jié)果(0.92kmol/s), 而夏季則差別不大(二者分別為 0.32和 0.384kmol/s)。這主要是由于 Chen等(1999)對(duì)黑潮的輸入采用分層估算, 而 Zhang等(2007)采用整層估算, 二者選用的黑潮入侵陸架的水量數(shù)據(jù)冬季都高于夏季, 但 Chen等(1999)的數(shù)據(jù)中冬夏季黑潮差別主要在表層水入侵, 次表層和中層變化不大, 而表層水營(yíng)養(yǎng)鹽濃度相對(duì)較低, 所以冬季黑潮入侵流量雖大, 營(yíng)養(yǎng)鹽輸入通量的變化卻沒有那么明顯。

對(duì)黑潮的估算, Chen等(1999)的方法顯然更加合理, 本文敏感性實(shí)驗(yàn)中的模擬結(jié)果顯示黑潮入侵帶來的營(yíng)養(yǎng)鹽并不存在明顯的季節(jié)變化, 以 DIP為例,黑潮輸入營(yíng)養(yǎng)鹽濃度增加 10%的情況下, 陸架區(qū)增加的 DIP在 8月份為 261×109mol, 2月份為 294×109mol, 這一結(jié)果與 Chen等(1999)的估算中黑潮輸入營(yíng)養(yǎng)鹽的季節(jié)變化規(guī)律是一致的。但是根據(jù) Zhao等(2011)的估算, 模式中黑潮輸入陸架的營(yíng)養(yǎng)鹽總量卻與Zhang等(2007)的結(jié)果更接近。這一差別顯示了目前對(duì)黑潮營(yíng)養(yǎng)鹽貢獻(xiàn)的估算仍然有待改進(jìn), 黑潮對(duì)陸架的入侵并不是單向的從黑潮主干進(jìn)入東海陸架, 而是在不同的區(qū)域, 既有黑潮水入侵陸架, 又有入侵后的黑潮水返回黑潮主干, 根據(jù) Zhao等(2011)對(duì)模型結(jié)果的計(jì)算, 黑潮在臺(tái)灣東北大約有5.8Sv入侵陸架, 在九州西南有 0.5Sv入侵, 而其他海區(qū)則有約4.7Sv的入侵水返回了黑潮主干。在以往箱式模型的估算中(如Chenet al, 1999; Zhanget al, 2007), 黑潮的營(yíng)養(yǎng)鹽通量是用黑潮水入侵陸架的凈通量乘以黑潮營(yíng)養(yǎng)鹽濃度來進(jìn)行估算的, 這其中隱含的假設(shè)是黑潮水入侵陸架時(shí)和從陸架返回黑潮主干時(shí), 營(yíng)養(yǎng)鹽濃度是相等的, 這一假設(shè)顯然有待商榷。Zhao等(2011)的計(jì)算方法則是用黑潮入侵陸架的水量乘以黑潮營(yíng)養(yǎng)鹽濃度再減去返回黑潮主干的水量乘以陸架水的營(yíng)養(yǎng)鹽濃度, 考慮到黑潮水整體營(yíng)養(yǎng)鹽濃度是高于陸架水的, 這一算法得到的黑潮營(yíng)養(yǎng)鹽通量要高于箱式模型。

4　結(jié)論

本文利用三維物理-生化耦合模型, 通過設(shè)計(jì)敏感性實(shí)驗(yàn), 分析了黑潮營(yíng)養(yǎng)鹽輸入增加后, 東海營(yíng)養(yǎng)鹽和葉綠素的響應(yīng)。并分區(qū)域、季節(jié)和水層進(jìn)行定量統(tǒng)計(jì), 得到的主要結(jié)論如下:

黑潮輸入營(yíng)養(yǎng)鹽增加 10%的情況下, 東海陸架區(qū)年平均的營(yíng)養(yǎng)鹽增量呈現(xiàn)出自外陸架向內(nèi)陸架遞減, 從南向北遞增的趨勢(shì)。其對(duì)區(qū)域積分葉綠素的貢獻(xiàn), 以外陸架中部(63.68×106g)、外陸架北部(52.90×106g)和中陸架中部(41.14×106g)最為顯著。

冬季, 營(yíng)養(yǎng)鹽的輸入主要集中在中陸架和外陸架, 外陸架整體上以50m以深的中下層占據(jù)優(yōu)勢(shì), 而中陸架 20—50m的次表層和中下層所占的比例較為接近。葉綠素增量主要分布在外陸架的中北部和中陸架的中部, 表層(0—20m)和次表層幾乎各半。

夏季, 營(yíng)養(yǎng)鹽增量的分布整體與冬季相似, 但在垂向上, 中下層的優(yōu)勢(shì)更明顯。葉綠素則主要在外陸架的中部、中陸架的中北部和內(nèi)陸架的北部, 除了內(nèi)陸架北部以外都以次表層為主。

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