基于遥感的海洋生态环境对夏季北极气旋的响应研究

发布时间：2020-08-08 10:05

【摘要】：北极气旋作为北极常见的天气系统,平均每年发生281场。近年来夏季北极气旋强度呈现增强的趋势,而高强度的北极气旋往往会给北极生态系统带来灾害性影响。气旋会造成海洋生态环境的变化,夏季变化明显。浮游植物生物量以及海表温度(SST)的异常均会破坏敏感脆弱的北极生态系统,对北极海洋生物甚至环北极国家的人民造成威胁。因此研究夏季北极气旋影响下北极海洋生态环境的变化对极地生态系统保护和海洋灾害防治具有重要意义,同时也能对开展北极碳通量、北极海洋酸化等研究提供支持。为了得到海洋生态环境对夏季北极气旋的响应特征,本文首先基于1982-2017年美国雪冰数据中心海冰密集度(SIC)产品和NOAA的最优插值海表温度V2(OI.v2SST)产品以及2003-2017年NASA MODIS叶绿素a(Chl-a)浓度产品,评估了北极及其分区开阔水域(开阔水域面积和开阔水域季节长度)、Chl-a浓度和SST的年际和季节变化趋势,得到海洋生态环境的变化特征;其次根据海洋生态环境变化特征的分析结果选择变化明显的区域进行了气旋案例分析,得到特殊气旋影响下,Chl-a浓度和SST的响应特征,并具体分析了其变化的原因;最后根据夏季超大气旋的发生频率选择三个典型海域统计了多场气旋后的海冰(海冰密集度和海冰面积)、Chl-a浓度和SST的变化,得到不同海域海洋生态环境响应的共性和特性,并分析了影响海洋生态环境响应的因子。海洋环境参数长时间序列变化特征:北极及其分区开阔水域面积、开阔水域季节长度和SST呈现增长的趋势。格陵兰海的开阔水域季节长度变化速度最大,其次是喀拉海和巴伦支海,然后是北冰洋核心区。北极Chl-a浓度呈现缓慢上升的趋势;喀拉海和巴伦支海的Chl-a浓度在北极分区中最高,且其增加趋势明显。北极及其分区开阔水域面积和开阔水域季节长度与SST均呈现显著正相关关系,SST对开阔水域的影响与纬度密切相关。北极绝大部分海域Chl-a浓度与开阔水域无显著相关性,这可能是由于各海区Chl-a浓度变化主要受其它因子影响(营养盐和光照等)。气旋案例分析:基于欧空局的8日融合Chl-a浓度产品和NOAA每日最优插值海表温度(OISST)产品研究了发生在喀拉海、格陵兰海的两场气旋对Chl-a浓度和SST的影响。结果表明气旋过境,造成Chl-a浓度的增加和SST的下降。Chl-a浓度和SST的变化主要是由于气旋过境,风应力压迫增强,海水垂直混合剧烈;卷吸作用以及上升流作用增强,造成下层富含营养盐的海水到达表层,从而导致Chl-a浓度和SST短时间内剧烈变化。近岸Chl-a浓度和SST变化量大于陆架和深海区,主要和降水、径流变化有关。长时间序列典型海域海洋生态环境对气旋的响应特征:利用欧洲中期天气预报中心的再分析数据计算了夏季北极超大气旋发生的次数,得到发生在格陵兰海、喀拉海和巴伦支海、北冰洋核心区的气旋个数占据了气旋总和的82%。气旋过境,三个海域的Chl-a浓度增加,喀拉海和巴伦支海、格陵兰海的SST下降,北冰洋核心区的SST升高。格陵兰海、北冰洋核心区Chl-a浓度增量与初始Chl-a浓度有显著的相关关系,北冰洋核心区的SST变化受初始混合层深度、初始SST和初始SIC影响。提出用SIC响应度和海冰面积响应度来量化气旋对海冰减小的影响,数值越大,气旋对海冰的减少作用越大。本文的主要创新点为:获得了长时间序列的北极海洋生态环境参数的变化特征;得到了海洋生态环境变化剧烈的区域不同强度的两场气旋对海洋生态环境的影响并解释了其影响机制;再此基础上得到不同海域长时间序列海洋生态环境对气旋的响应特征,并量化了北极气旋对海冰的影响。以上工作为进一步量化北极气旋对海洋生态环境的影响研究奠定基础,为海洋生态系统稳定性评估做出贡献。
【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】：P444;X145
【图文】：

北部的加拿大群岛海域、加拿大东部被大陆和岛屿包围的哈得孙湾、加拿大东侧逡逑的圣劳伦斯湾、加拿大东侧格陵兰岛西侧的巴芬湾／拉布拉多海、大西洋西侧格逡逑陵兰岛东侧的格陵兰海、欧洲北部的喀拉海和巴伦支海（图２－１邋（ａ））。由于本文逡逑的研究目的之一是探究北极气旋对于北冰洋及其边缘海的海洋生态环境影响，需逡逑要区分出浅海和深海不同的响应方式，故采用Ｃａｖａｌｉｅｒｉ和Ｐａｒｋｉｎｓｏｎ的方法。北逡逑极气旋一般发生在６０°Ｎ以北（图２－丨（ｂ）），故只统计了邋６０°Ｎ以北海区发生的逡逑气旋数量，鄂霍次克海和日本海以及圣劳伦斯湾由于位于６０°Ｎ以南，数量记为逡逑０。九个分区以及气旋统计研宄区域示意图如下。逡逑７逡逑

１９８２邋１９Ｓ４邋１９８６邋１９８８邋１９９０邋１９９：邋１９９４邋１９９６邋１９９８邋２０００邋２００２邋２００４邋２００６邋２００８邋２０１０邋２０１２邋３０１４邋２０１６逡逑年逡逑图３－２．九个海区开阔水域面积变化逡逑Ｆｉｇ．３－２．邋Ｔｈｅ邋ａｖｅｒａｇｅ邋ａｎｎｕａｌ邋ｃｈａｎｇｅ邋ｏｆ邋ｏｐｅｎ邋ｗａｔｅｒ邋ａｒｅａ邋ｉｎ邋ｎｉｎｅ邋ｐａｒｔｉｔｉｏｎｓ逡逑１６逡逑

年逦年逡逑图３－１．邋（ａ）北极开阔水域面积变化及斜率分段和（ｂ）^u阔水域面积距平逡逑Ｆｉｇ．３－１．邋（ａ）邋Ｔｈｅ邋ａｖｅｒａｇｅ邋ａｎｎｕａｌ邋ｃｈａｎｇｅ邋ｏｆ邋ｏｐｅｎ邋ｗａｔｅｒ邋ａｒｅａ邋ｓｕｂ－ｐａｒａｇｒａｐｈ邋ｏｆ邋ｉｔｓ邋ｓｌｏｐｅｓ邋ｉｎ邋ｔｈｅ逡逑Ａｒｃｔｉｃ邋ａｎｄ邋（ｂ）邋ａｖｅｒａｇｅ邋ａｎｎｕａｌ邋ａｎｏｍａｌｙ邋ｖａｒｉａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｏｐｅｎ邋ｗａｔｅｒ邋ａｒｅａ逡逑３．５邋逦逡逑圣劳伦斯湾逦一＾—巴芬湾／拉布拉多海一—哈得孙湾逡逑３0邋—？—格唼兰海逦喀拉海和巴伦支海一？一

本文编号：2785420