西北太平洋中尺度涡内次中尺度过程的营养盐输运诊断

Observational submesoscale filaments of high chlorophyll in global ocean indicate the strong submesoscale upwelling may contribute greatly to nutrient supply in mesoscale eddies. On the other hand, some studies suggest that lateral stirring of submesoscale currents are capable of structuring filaments of chlorophyll and shallow vertical secondary circulations might limit their contributions in nutrient budgets. To address this controversy, quantifying submesoscale nutrient contributions inside mesoscale eddies is in urge as less is known about the net vertical and lateral nutrient transport at submesoscale. Using a Bio-argo, our prior investigation show integral results of vertical chlorophyll at submesoscale regimes are not notably higher than those at other regimes inside the eddy core. We also found the spatial patterns of surface phytoplankton concentration, depth-integral of biomass and vertical nutrient flux are shaped by filaments but evolve decoupling in our high-resolution physical-biological simulations. Therefore, we suggest a fully resolve of the evolution of submesoscale nutrient fluxes at both vertical and horizontal in consideration that submesoscale variabilities are modulated by sea surface forcing, especially winds. Based on a forthcoming cruise observation inside a cyclonic eddy in Northwest Pacific Ocean and numerical simulations designed to test the physical-biological response of an eddy to wind forcing, we are to answer the following critical questions: (1) how does the wind forcing modulate the evolutions of vertical and horizontal nutrient transports at submesoscale? (2) what is the response of spatial nutrient distributions inside the eddy core to the evolutions of submesoscale filaments? The proposal research will help further understand the role of mesoscale eddies in upper ocean nutrient budgets.

高分辨率数值模式显示中尺度涡在细微结构下的营养盐受到次中尺度调控比较显著。由于大洋中尺度涡对生态系统生产力具有相当重要的影响，调查清楚次中尺度对涡内营养盐的贡献和空间分布的影响，是量化涡旋对区域海洋生态系统生产力贡献的关键。然而，目前缺乏对外力强迫下次中尺度垂向和水平输运强度演化细节的了解，使我们对涡内次中尺度营养盐实际贡献能力和调整能力的认识不清楚。项目基于即将开展的西北太平洋冷涡观测，分析涡旋细微结构下的营养盐空间分布；基于西北太平洋高分辨率涡旋物理-生态耦合模式，开展数值模拟试验；通过方程定量诊断和粒子示踪分析涡旋内部次中尺度三维营养盐输运能力在风应力调控下的演化过程及其分布格局，旨在回答次中尺度过程对涡内营养盐的贡献多大及对营养盐空间分布的影响如何等关键科学问题。项目的实施有助于进一步了解中小尺度活动在海洋生态系统生产力的作用。

中尺度涡和亚中尺度过程被认为是上层海洋生态系统营养盐供给的重要调节因素。调查清楚亚中尺度对涡内营养盐的贡献和空间分布的影响，是量化涡旋对副热带流涡区生态系统初级生产力和生物碳泵贡献的关键。然而，亚中尺度过程在时空尺度上远小于中尺度，对其生态效应的观测较难，对亚中尺度动力作用下垂向和水平输运强度的演化细节也缺乏了解，使我们对涡内亚中尺度营养盐实际贡献能力和调整能力的认识不清楚。.项目基于多种遥感产品统计发现亚中尺度过程对副热带环流内区叶绿素高值的贡献与中尺度涡相当（34.1%对30.8%），揭示了亚中尺度和中尺度过程在副热带环流内区海洋生态系统调控中均具有至关重要的作用，强调了亚中尺度垂向营养盐输运及其生态效应的重要性。针对亚中尺度生态效应较难观测这一困难，项目通过BGC-argo捕捉到副热带流涡区涡丝抬高了混合层叶绿素浓度、造成大浮游植物聚集的证据，项目利用高分辨率数值诊断揭示了亚中尺度锋生过程除了带来垂向营养盐供给外，还改变了局地浮游植物种群结构。在海盆尺度上统计分析发现锋生动力过程对浮游植物多样性的调节作用，而对浮游植物生物量影响微弱。项目进一步揭示了涡内亚中尺度生态效应造成的碳输出特征，揭示了中小尺度动力过程对海洋碳传输效率的影响。项目的实施阐明了亚中尺度动力作用下的营养盐输运特征，揭示了亚中尺度动力对副热带流涡区浮游植物分布的调控作用。.经过以上研究，项目发表了SCI论文两篇，其中包括GRL一篇，JGR：Oceans一篇，顺利地完成了立项设置的成果指标。项目执行期间，项目负责人累计参加3次学术报告。

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