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台风是发生在热带海洋上的一种具有暖中心结构的强烈气旋性涡旋,是天气尺度上影响最大的海气相互作用过程。台风产生的强海面风应力和风应力涡度,对海洋上层的热交换及生态过程均有很大影响。台风诱导的上升流和海洋上层水体的强烈垂直混合强迫表层海水重新分布,引起海表温度(SST)降低,同时将大量营养物质带到海洋表层,促进浮游植物生长,增加叶绿素a(Chl-a)浓度和提高海洋初级生产力,对海洋生态系统有极为重要作用。海水中的溶解氧(DO)是海洋生物赖以生存的基础之一,其含量、分布和变化受有机物的合成和分解、海水的动力过程和海气相互作用共同影响。因此,研究台风过后,海水中的DO及相关生态要素的变化,对全面认识海洋生态响应、指导海洋渔业资源具有重要意义。
本文利用航次实测资料,分析了DO及相关海洋生态要素对超级台风“南玛都”的响应,并结合卫星遥感数据,探讨台风过后夹卷效应、上升流和黑潮等过程对吕宋海峡附近海洋生态环境变化的影响。主要研究内容和成果如下:
(1)对2011年夏季南海北部海洋观测开放航次实测资料进行分析,发现台风过后一周,吕宋海峡北部最靠近台风路径的海域DO浓度偏高,伴随着水温偏低、盐度和Chl-a浓度偏高现象。卫星遥感Chl-a和SST数据也显示,受台风影响,该海域的Chl-a浓度增长,水温降低。
(2)台风过后一周,吕宋海峡附近的DO垂直分布最大值出现在5m深,而Chl-a垂直分布最大值深度位于50-75 m。DO高值区从5m延伸至35m深。在最靠近台风路径的海域,DO和Chl-a的垂直分布最大值深度均有抬升,可能与台风过程中空气中氧的夹卷效应有关。
(3)通过分析风场、海表高度异常数据和埃克曼抽吸速度发现,台风经过吕宋海峡北部当天,吕宋海峡北部出现强劲的埃克曼上升流,速度高达4×10-4 m/s。台风后该海域出现明显的冷涡,海表高度负异常在台风过后一周达到最大,冷涡一直持续到10天以后。
(4)通过对海表流场数据、温盐(T-S)曲线等进行分析,观测到台风过后吕宋海峡附近存在黑潮入侵南海现象。
(5)对DO及相关海洋生态要素与海水的动力过程进行综合分析,结果表明,台风过后DO的变化受氧的夹卷效应、上升流和黑潮的共同影响。台风“南玛都”过境时,强风应力引起强的海气相互作用,使空气中的大量氧气被夹卷到海水中,引起DO垂直分布最大值深度抬升。台风诱导的上升流,将下层的冷营养水输送到上层,SST迅速降低,DO溶解度提高;同时促进浮游植物生长,产生更多氧气。与此同时,由于受黑潮入侵作用,西北太平洋上层的高DO黑潮水涌入南海。台风过后,海洋上层DO浓度的提高,是受上升流与黑潮共同作用的结果。