南大洋净初级生产力的时空演变及其影响因素研究

发布时间：2020-06-15 00:25

【摘要】：自工业革命以来,全球气候变化导致了海洋产生严重的酸化现象,给海洋生态系统带来重大的影响。海洋生态系统作为全球最大的生态系统,在全球气候控制和调节上具有至关重要的地位。净初级生产力是海洋生态系统与功能结构最基础的参数,可以有效地评估海洋生态系统的状态,真实地反映海洋的生产力状况。南大洋是环绕南极大陆的大洋,将世界上最大的三个大洋,印度洋、大西洋和太平洋连接在一起。作为全球大洋中重要的碳汇区,南大洋吸收了大气中近一半由人为排放的CO2。而气候变化显著改变了南大洋的海洋水文要素,影响着南大洋对大气CO2的吸收。因此分析南大洋净初级生产力的时空变化以及对气候因子的响应机制,在气候变化和全球碳循环的研究中具有重要的意义。本文以南大洋为研究对象,基于2003～2016年的VGPM-NPP数据、海表面温度、海冰密集度和太阳净辐射通量数据以及评估南半球最主要的气候模态南半球环状模态的SAM指数,利用简单因子统计分析、线性趋势分析法和简单相关分析探究了南大洋NPP和各个因子的空间分布特征、季节变化规律和近期变化趋势,以及揭示了各个因子对NPP的影响机制。研究结果表明:1.南大洋海表面温度具有纬向地带性,纬度越高温度越低,范围为-1.79 ℃～6.22 ℃。2003～2016年,南大洋年平均海表面温度没有显著的变化趋势,最大值出现在2003年(-0.14 ℃),最小值出现在2015年(-0.27 ℃)。南大洋海冰密集度存在着纬向地带性和区域变异性,大体上随着纬度的升高,海冰密集度也增加,但南极大陆周围的一些区域存在冰间湖,使得这些区域海冰密集度呈现较低的水平。2003～2016年南大洋海冰覆盖面积具有显著上升的趋势(6.87×104km2·a-1,p0.05),2004年具有最小值(9.23×106 km2),2014年具有最大值(1.09×107 km2)。从变化趋势的空间分布上看,环南极大陆大部分海域的海表面温度显著下降,海冰密集度显著上升,别林斯高晋海、阿蒙森海和罗斯海部分海域、极锋区海域海表面温度显著上升,海冰密集度显著下降。2.南大洋NPP呈现出大型冰架(如罗斯冰架、埃默里冰架等)前缘海域和低纬度岛屿高,开阔大洋、威德尔海及南极大陆边缘海域低的空间分布特征,NPP范围为64.0～2.26×105mg C ·m-2·a-1,平均每年NPP的总量为1.261Gt C,印度洋扇区(0.568Gt C)大西洋扇区(0.431Gt C)太平洋扇区(0.262Gt C)。3.2003～2016年中,南大洋年总NPP的最小值出现在2008年(1.115Gt C),最大值出现在2010年(1.439Gt C),只在印度洋扇区呈现显著增加的趋势。从空间分布上看,印度洋扇区、大西洋扇区的东部、威德尔海的东北部和太平洋扇区的部分海域显著上升,太平洋扇区的大部分海域、大西洋扇区的部分海域及印度洋扇区的埃默里冰架附近显著下降。4.月际尺度上,太阳净辐射通量、海表面温度、海冰密集度和NPP均呈现抛物线分布,具有明显的季节变化规律。春夏季太阳净辐射通量、海表面温度和NPP高,海冰密集度低,秋冬季太阳净辐射通量、海表面温度和NPP低,海冰密集度高。5.通过太阳净辐射通量、海表面温度、海冰密集度和SAM指数对南大洋NPP影响分析得到:①从空间分布上看,NPP的分布与海表面温度的分布具有显著的强正相关关系(R=0.756,p0.01),而与海冰密集度的分布具有显著的强负相关关系(R=-0.626,p0.01)。②NPP的季节变化与NSRF季节变化之间存在着极强的正相关关系(R=0.951,p0.01)。1～6月限制南大洋NPP的主要因素为光照,7～12月的因素主要为海冰的覆盖。③靠近南极大陆的海域,海表面温度的升高、海冰密集度的下降会导致NPP的上升,60°S附近海域,海表面温度的升高、海冰密集度的下降会则导致NPP的下降。④SAM处于正相位时,加深了极锋区的混合层深度,导致此处NPP下降,加强了印度洋扇区60°S左右海域上升流强度,增加了海表水中铁的含量,导致此处NPP上升。⑤2007年和2008年大西洋扇区和太平洋扇区北边缘SST的负距平导致了南大洋生产力的下降;.2010年SAM的负相位使阿蒙森海-别林斯高晋海海域的SIC出现的负异常和南大洋大西洋扇区北边缘SST的正距平导致该年的NPP在研究时期内具有最大值。
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P467;P734
【图文】：

南大洋,数据分析方法,边界,范围

副热带锋（Ｓｕｂｔｒｏｐｉｃａｌ邋Ｆｒｏｎｔ，ＳＴＦ））以南的海域，国际水文地理组织（Ｉｎｔｅｍａｔｉｏ逡逑ｎａｌ邋Ｈｙｄｒｏｇｒａｐｈｉｃ邋Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ，ＩＨＯ）则将其定义为６０°Ｓ以南的海域。本文中使逡逑用的南大洋的边界为ＳＳＴ梯度大于１．５Ｘ１０－２邋ｆｋｎＴ１的最南端区域（图２．１），该逡逑区域的特征是有较强的上升流和涡流混合（Ｄｏｎｇ邋ｅｔ邋ａｌ．，２００６）。图２．１中太平洋逡逑扇区的范围为１４６．７８°Ｅ￣６７．２７°Ｗ，大西洋扇区为６７．２７°Ｗ￣２０．００°Ｅ，印度洋扇区逡逑为２０．００°Ｅ￣１４６．７８°Ｅ。在目前南大洋的研宄中大多选择该区域为南大洋的边界（Ｗ逡逑ｕ邋ａｎｄ邋Ｈｏｕ，２０１７）。南大洋的总面积为邋３．７Ｘｌ0７ｋｍ２。逡逑１３逡逑

空间分布,南大洋,空间分布,海冰

ＴｇＣ、ｌｌ３ＴｇＣ、１０２ＴｇＣ、７７．８ＴｇＣ；邋１？６月，南大洋的值呈下降的趋势，到６逡逑月达到最低值，为０．００４ＴｇＣ；邋６月过后，ＮＰＰ又^u始缓慢增加，直到达到每年最逡逑高值。图３．２为每月ＮＰＰ的空间分布情况，南大洋内白色区域是由于海冰覆盖或逡逑极夜导致数据缺失的区域，在无光条件下海域中的浮游植物不参与光合作用，生逡逑产力可以忽略不计（ＭｏｏｒｅａｎｄＡｂｂｏｔｔ，２０００）。二月之后，无光区边界开始向北移逡逑动，到六月份达到最北的边界后又开始向南移动，同时海冰开始融化。八月到１－逡逑月海冰边缘海域ＮＰＰ处于较低的值，只有极锋区ＮＰＰ开始显著上升。十－月，逡逑罗斯海和别林斯高晋海冰架前缘海域先开始出现水平现象。丨？二月和一月，各大逡逑１７逡逑

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