黃東海葉綠素a濃度的年際變化及其影響因素

黃東海葉綠素a濃度的年際變化及其影響因素

常綠葉子的濃度是浮游生物物種數(shù)量的象征，也是海洋環(huán)境條件的重要指標之一（朱明遠等，1993）。葉綠素a濃度的時空分布與變化包含著海區(qū)基本的生態(tài)信息(孫軍等,2003),通過遙感數(shù)據研究海洋葉綠素a濃度的年際變化可以了解大尺度時空范圍內海域生態(tài)環(huán)境的特征(陳楚群等,2001),評估生物資源蘊藏量及生產潛力,為合理開發(fā)利用海洋生物資源和實行漁業(yè)生產農牧化等提供基礎資料。黃海和東海地處東亞季風區(qū),東臨強大的西邊界流黑潮,西靠人類活動劇烈的經濟發(fā)達區(qū)(孫湘平,2006),其生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生了很大變化,海洋生態(tài)系統(tǒng)對環(huán)境變化的響應是目前海洋研究的熱點。國內外學者對生態(tài)系統(tǒng)中浮游植物的分布和影響因素已做了大量研究,王作華等(2009)利用現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據分析了黃、東海夏季葉綠素a濃度的分布特征,認為光照條件和營養(yǎng)鹽等是影響夏季黃、東海海域葉綠素a濃度分布的主要因素。林軍(2011)本文參照孫軍研究組基于浮游植物物種和群落的生態(tài)區(qū)劃,將黃、東海海域依據海域位置、水深和遙感獲取的葉綠素a濃度分布特征將研究海域分為5個區(qū)域,分析每個區(qū)域中葉綠素a濃度的季節(jié)和年際變化特征,并分析葉綠素a濃度(CHL)年際變化與光合有效輻射(PAR)、海表溫度(SST)和海面風速(WS)等物理環(huán)境因子變化的關系。1數(shù)據來源和區(qū)域劃分1.1資料來源和使用黃、東海浮游植物生物量的變化是基于SeaWiFS遙感數(shù)據(1997年12月—2010年12月),MODIS-Aqua遙感數(shù)據(2002年7月—2010年12月),MODIS-Terra遙感數(shù)據(2000年9月—2010年12月)的3級月平均葉綠素a濃度數(shù)據,由美國國家航空航天局(NASA)海洋水色處理中心(OCDPS,/)提供,按照像素點進行平均(劉天然,2010)月平均的PAR資料來自于美國NASA網站下載的SeaWiFS(1997—2010年)、MODIST(2000—2010年)和MODISA(2002—2010年)衛(wèi)星資料(Level-3mapped9kmmonthlydata,/)。SST使用NOAA網站(/pub/OI-daily-v2/NetCDF/)提供的逐日AVHRR資料,資料長度自1997年12月—2010年12月,質量較好的等級在4—7之間的數(shù)據。風場數(shù)據中,由于影響浮游植物生長的水體穩(wěn)定度因素主要是風速,與風應力關系不大。因此本文用海面風速(WindSpeed)表示風的影響,海面風速的數(shù)據來自美國氣候中心用模式和同化技術提供的大氣再分析數(shù)據的windspeed數(shù)據(/psd/cgi-bin/DataAccess.pl?DB_dataset=ICOADS+1-degree+Equatorial+Enhanced&DB_variable=Wind+Speed&DB_statistic=Mean&DB_tid=31869&DB_did=9&DB_vid=288)時間長度為1997年12月—2010年12月。1.2黃、東海的分區(qū)在本文的研究中,主要針對黃、東海海域表層葉綠素a濃度進行分析,分析范圍為24—40°N,117—128°E。結合各海域的具體情況,按照地理區(qū)劃、水深和葉綠素a濃度的分布將黃、東海分為5個區(qū)域分別為:黃海西岸(水深<30m,YS-coast);北黃海中部(水深>30m,NYS-center);南黃海中部(水深>30mSYS-center);東海近岸(水深<50m,ECS-coast);東海陸架(50m<水深<150m,ECS-shelf)。子區(qū)域劃分如圖1所示。2研究結果2.1浮游植物水華的季節(jié)和季節(jié)動態(tài)將5個研究區(qū)域1998年1月—2010年12月水色遙感的葉綠素a濃度數(shù)據進行多年平均,得到氣候態(tài)月平均葉綠素a濃度,圖2給出了5個子區(qū)域1998—2010年間葉綠素a濃度的季節(jié)變化。由圖2可以看出,5個區(qū)域的多年月平均值有明顯的季節(jié)變化。黃海西岸海域(水深<30m)10月至翌年2月葉綠素a濃度較高。東海近岸海域(水深<50m)10月至翌年3月葉綠素a濃度較低,季節(jié)變化呈雙峰狀分布,葉綠素a濃度峰值分別高于其它4個區(qū)域的均值,其主要原因是長江入?？诟浇砷L江帶入了大量的營養(yǎng)物質(王保棟,1998),舟山漁場的上升流不斷給海水表層補充營養(yǎng)鹽,促進了浮游植物的生長,導致葉綠素a濃度較高,這與趙保仁(1993)和魯北緯等(1997)的研究結果相符。北黃海的中部海域(水深>30m)葉綠素a濃度呈現(xiàn)雙峰分布,峰值出現(xiàn)在3月、4月和10月,對應春秋兩次水華,春季水華比較明顯,秋季水華較弱。南黃海中部海域(水深>30m)葉綠素a濃度峰值在4月份,為全年濃度最高峰。黃海中部的葉綠素a濃度最低值均出現(xiàn)在7月份為全年葉綠素a濃度最低月份,其原因主要是由于夏季黃海冷水團的存在,形成躍層,致使表層營養(yǎng)鹽缺乏(孫湘平,2006),影響浮游植物的生長,導致葉綠素a濃度偏低。東海陸架海域(50m<水深<150m)葉綠素a濃度相對其它海域較低,峰值出現(xiàn)在4月份,對應了明顯的春季水華現(xiàn)象。夏秋和冬季葉綠素a濃度的變化不大。同時由圖2還可以看出,浮游植物水華發(fā)生時間各個區(qū)域有所差別。在黃海西岸發(fā)生時間較早,冬季就開始發(fā)生;3月份在北黃海中部開始發(fā)生春季的浮游植物水華,一般將持續(xù)到4月份;南黃海中部和東海陸架區(qū)域春季水華同時發(fā)生,一般在4月份;東海近岸區(qū)域發(fā)生春季水華時間在5個區(qū)域內最晚,一般推遲到5月份,到7—8月份東海近岸達到第二個高峰期。多年的現(xiàn)場監(jiān)測結果(韓君,20082.2基礎生物量的年際變化將5個區(qū)域所有空間點每年1—12月份的葉綠素a濃度按照區(qū)域劃分進行年平均,得到每個區(qū)域年平均葉綠素a濃度的年際變化,如圖3所示。由圖3可以看出黃、東海5個區(qū)域葉綠素a濃度的年際變化,除東海陸架外,其它4個區(qū)域的變化幅度均較大。葉綠素a濃度的變化是基礎生物量變化的表征,因此在黃海西岸,2001年和2004年基礎生物量較高,2008年和2009年基礎生物量較低;南北黃海中部在2006年生物量達到13年中的最高值,2008年最低。東海近岸在2008年和2009年基礎生物量較低。2.3不同年份、不同組織區(qū)域的葉綠素a濃度的年際變化黃、東海表層葉綠素a濃度的季節(jié)變化比較明顯,將1997年12月—2010年11月5個研究區(qū)域的葉綠素a濃度數(shù)據按照季節(jié)進行平均。12月、1月和2月為冬季數(shù)據,3月、4月和5月為春季數(shù)據,6月、7月和8月為夏季數(shù)據,9月、10月和11月為秋季數(shù)據,從而得到1998—2010年共13年冬、春、夏、秋的5個研究區(qū)域葉綠素a濃度的年際變化,如圖4所示。從5個區(qū)域冬季葉綠素a濃度的年際變化來看,黃、東海近岸葉綠素a濃度變化規(guī)律基本一致。有所不同的是在2002年,北黃海中部葉綠素a濃度與相鄰年份冬季相比變化不大,而黃、東海近岸、東海陸架和南黃海中部均較相鄰年份有所上升,其中東海近岸濃度明顯高于其它年份。在2008年,5個研究區(qū)域的葉綠素a濃度均有下降。在5個區(qū)域春季葉綠素a濃度的年際變化中,1998—2004年,葉綠素a濃度由高到低依次為:東海近岸、黃海西岸、北黃海中部、南黃海中部、東海陸架區(qū)域。2005年、2006年、2007年和2010年北黃海中部葉綠素a濃度增加,高于其它4個區(qū)域。2008年和2009年黃海和東海陸架區(qū)域葉綠素a濃度降低,東海近岸高于其它4個區(qū)域。黃、東海近岸及北黃海中部葉綠素a濃度不同年份之間變化比較明顯,南黃海中部和東海陸架變化較小。2006年5個區(qū)域的葉綠素a濃度相對其它年份均較高,2008年黃海西岸和中部與相鄰年份相比均較低。2006年和2010年春季北黃海中部的葉綠素a濃度高于其它4個區(qū)域。5個區(qū)域夏季葉綠素a濃度的年際變化,東海近岸葉綠素a濃度變化較大,與相鄰年份相比,1998、2006和2010年葉綠素a濃度較高,2000、2004和2008年葉綠素a濃度較低,其它4個區(qū)域變化幅度較小,規(guī)律基本一致。比較特殊的年份發(fā)生在2004年,黃海近岸、北黃海中部和南黃海中部較其它年份葉綠素a濃度偏高,而在東海近岸和東海陸架較其它年份濃度偏低。2008年黃、東海的5個海域和其它年份相比葉綠素a濃度明顯下降。5個區(qū)域秋季葉綠素a濃度的年際變化,黃、東海近岸葉綠素a濃度變化規(guī)律基本一致。南北黃海中部葉綠素a濃度變化比較明顯。2006年秋季東海近岸葉綠素a濃度相比其它年份較低,而南黃海中部和北黃海中部葉綠素a濃度明顯高于其它年份,而到2009年黃、東海近岸,南黃海中部和東海陸架區(qū)域的葉綠素a濃度比其它年份均低。3光合對par的影響為了比較分析葉綠素a濃度與光合有效輻射、海表溫度和海面風速的相關關系,將1997年12月—2010年11月5個研究區(qū)域的光合有效輻射PAR數(shù)據、海表溫度SST數(shù)據和海面風速WS數(shù)據進行季節(jié)劃分。從而得到1998—2010年共13年冬、春、夏、秋的5個研究區(qū)域光合有效輻射PAR、海表溫度和海面風速的年際變化。由于葉綠素a濃度的年際變化中季節(jié)信號明顯,因此依據5個區(qū)域冬、春、夏、秋四季的年際變化來分析葉綠素a濃度年際變化與光合有效輻射、海表溫度和海面風速的相關性,得到相關系數(shù)矩陣和離散度矩陣,如表1所示。離散度取P≤0.05(如表1中黑體數(shù)字所示),由表1可以看出,黃海西岸CHL在秋冬季與WS負相關,東海近岸CHL在春季與WS負相關,這可能是因為在水深較淺的近岸區(qū)域(黃海西岸和東海近岸)水體垂直混合均勻,營養(yǎng)鹽豐富,風速較強時,浮游植物在真光層的存留縮短,使得浮游植物生物量減小(韓君,2008)4浮游植物生物量的季節(jié)變化與風速的關系葉綠素a濃度的分布具有明顯的季節(jié)變化特征,葉綠素a濃度的年際變化與海域地理位置有關,同時還受到物理環(huán)境眾多因素的影響。通過分析可以看出5個區(qū)域浮游植物生物量季節(jié)和年際變化與風、光照變化有不同響應。淺水區(qū)域浮游植物生物量季節(jié)變化與風速為負相關;黃海中部生物量