海洋所在熱帶太平洋深層葉綠素濃度極大值的氣候反饋效應(yīng)方面取得新進(jìn)展
中科院海洋所海洋數(shù)值模擬和氣候預(yù)測(cè)課題組利用自主研發(fā)的海洋環(huán)流-生態(tài)耦合模式,開展熱帶太平洋深層葉綠素濃度極大值(DCM)對(duì)氣候系統(tǒng)的反饋效應(yīng)研究并取得新進(jìn)展,相關(guān)成果近日發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊 Journal of Geophysical Research: Oceans上。
DCM是指廣泛存在于層結(jié)海洋中的次表層葉綠素濃度極大值現(xiàn)象,其強(qiáng)度和深度受太陽(yáng)輻射和營(yíng)養(yǎng)鹽垂向分布等物理和生態(tài)要素共同控制。在熱帶太平洋海域,DCM呈現(xiàn)“東強(qiáng)西弱”的總體格局,且DCM在東部較淺、西部較深。前人通過數(shù)值模式研究發(fā)現(xiàn),海洋葉綠素濃度可以通過改變太陽(yáng)輻射垂向衰減率來(lái)影響海溫分布并進(jìn)而影響氣候系統(tǒng),但各模式中葉綠素濃度的表征方式存在不同,一些僅考慮海表葉綠素濃度的影響,一些則考慮真實(shí)的三維葉綠素濃度效應(yīng),其中這兩者差別正好反映了次表層DCM對(duì)海洋物理狀態(tài)的影響。但目前兩種方式上的差別所造成對(duì)海洋物理狀態(tài)的影響及過程還不清楚,因此需要研究DCM效應(yīng)及其對(duì)氣候模擬的可能影響,以定量化因葉綠素濃度表征方式不同造成的海洋溫度模擬的偏差及其進(jìn)一步引起的氣候效應(yīng)。
研究團(tuán)隊(duì)利用一個(gè)海洋環(huán)流-生態(tài)耦合模式,在給定的大氣強(qiáng)迫下設(shè)計(jì)兩組敏感性試驗(yàn),探究了熱帶太平洋DCM氣候態(tài)分布對(duì)海表溫度(SST)的影響,以及DCM年際變率對(duì)厄爾尼諾-南方濤動(dòng)(ENSO)振幅的影響。結(jié)果揭示DCM效應(yīng)存在著兩種相互抵消作用的機(jī)制:一種是海洋生物引起的直接加熱(OBH)效應(yīng),另一種是與垂向混合和淺層經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流(sMOC)有關(guān)的動(dòng)力過程引起的間接冷卻效應(yīng)。
發(fā)現(xiàn)引入DCM氣候態(tài)效應(yīng)后,赤道東太平洋SST氣候態(tài)降低約0.2℃,且次表層降溫幅度大于SST。分析其物理機(jī)制發(fā)現(xiàn),DCM效應(yīng)通過直接增加混合層底部的太陽(yáng)輻射吸收量,形成OBH效應(yīng);進(jìn)一步,減弱上層海洋層結(jié)強(qiáng)度,從而加強(qiáng)垂向混合,其造成的間接冷卻效應(yīng)阻遏甚至超過OBH效應(yīng),改變局地海溫垂向結(jié)構(gòu),從而引起海表高度和海洋環(huán)流變化。尤其是加速了熱帶東太平洋的sMOC,增加了赤道海域向赤道外的熱量輸送,進(jìn)一步導(dǎo)致東部SST降低。在海氣熱交換方面,SST降幅部分被海氣凈熱通量抵消,最終造成赤道東太平洋SST降低約0.2℃;西太平洋則因間接冷卻效應(yīng)較弱,所以SST略有升高。

發(fā)現(xiàn)引入DCM年際變率效應(yīng)之后,赤道中東太平洋SSTA的標(biāo)準(zhǔn)差增大,ENSO振幅增加。究其原因,一方面,厄爾尼諾期間海洋層結(jié)較強(qiáng),上層海洋營(yíng)養(yǎng)鹽較少,造成DCM較弱,其引起的間接冷卻效應(yīng)可能不足以抵消OBH效應(yīng);拉尼娜期間則相反,較強(qiáng)的間接動(dòng)力過程將有顯著增大SST降溫幅度。另一方面,DCM效應(yīng)導(dǎo)致溫躍層深度的緯向梯度加大,加強(qiáng)了ENSO的溫躍層反饋?zhàn)饔?,也有助?/span>ENSO振幅增加。
綜上所述,本研究較為系統(tǒng)地闡釋了熱帶太平洋DCM氣候態(tài)及其年際變率對(duì)海溫、ENSO振幅的影響及其物理機(jī)制,為理解海洋生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候系統(tǒng)的反饋?zhàn)饔锰峁┝诵碌囊娊狻?/span>論文第一作者為中科院海洋所博士研究生石其東,通訊作者為南京信息工程大學(xué)張榮華教授。研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)等項(xiàng)目支持。
論文信息及鏈接:
Shi, Q., Zhang, R.-H., & Tian, F. (2023). Impact of the deep chlorophyll maximum in the equatorial Pacific as revealed in a coupled ocean GCM-ecosystem model. Journal of Geophysical Research: Oceans, 128, e2022JC018631. https://doi.org/10.1029/2022JC018631
附件下載:
魯公網(wǎng)安備37020202001323號(hào) | 古鎮(zhèn)口園區(qū)地址:青島市西海岸新區(qū)海軍路88號(hào) 南海路園區(qū)地址:青島市市南區(qū)南海路7號(hào) 科考船碼頭基地:青島市西海岸新區(qū)長(zhǎng)江東路8號(hào) |
郵編:266000 郵件:iocas@qdio.ac.cn 電話:0532-82898611 傳真:0532-82898612 |
