撰稿：鄭有昌
審定：王春在
近日，中國科學(xué)院南海海洋研究所熱帶海洋環(huán)境國家重點實驗室（LTO）馮洋研究員團隊通過構(gòu)建“流域-河口-近海”連續(xù)體模式，探討了季節(jié)性風(fēng)場轉(zhuǎn)變對典型河口美國切薩皮克灣(Chesapeake Bay)缺氧區(qū)的影響機制，相關(guān)研究成果以博士生鄭有昌為第一作者，馮洋研究員為通訊作者發(fā)表在國際期刊Progress in Oceanography上。
眾所周知，絕大部分的海洋生物均需依賴溶解氧來維持生命，因此海洋一旦缺氧（小于2mg/L）亦或是氧氣耗盡將會對海洋生物的生存環(huán)境帶來巨大危害。受人類活動和氣候變化的影響，近年來全球大洋以及近岸水體的溶解氧均呈現(xiàn)不同程度的降低，在全球400多處沿岸河口-海洋系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了水體缺氧問題。早在20世紀(jì)30年代，切薩皮克灣的缺氧狀態(tài)環(huán)境就已被觀察到，并在20世紀(jì)50年代末和60年代初變得更加普遍和廣泛。在過去的二十年里，人們對切薩皮克灣的缺氧問題進行了廣泛的研究，證實了缺氧的程度和持續(xù)時間與總氮(TN)負荷呈正相關(guān)。自20世紀(jì)80年代以來，美國清潔水法(the US Clean Water Act)的實施導(dǎo)致總氮(TN)負荷略有下降，但切薩皮克灣的缺氧區(qū)體積仍在繼續(xù)增加。基于觀測數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)除了營養(yǎng)負荷外，季節(jié)性風(fēng)場持續(xù)時間和切薩皮克河口缺氧區(qū)體積存在很強的相關(guān)性，但尚未對其影響機制進行深入探討
針對這一科學(xué)問題，馮洋研究員課題組在美國切薩皮克灣構(gòu)建的“流域-河口-近海”連續(xù)體模式DLEM-ChesROMS-ECB（圖1）上，通過情景分析實驗，發(fā)現(xiàn)春季長時間的東北風(fēng)促進了耗氧物質(zhì)從河流出口向入海口的輸送，增強了水體呼吸耗氧量，這導(dǎo)致夏季更大缺氧面積的發(fā)生。夏季，相比于南風(fēng)，更長時間的東北風(fēng)將河流淡水限制在西岸，增強了水體的垂直混合，故而阻礙了缺氧的發(fā)生。除上述物理過程外，生物過程對物理過程的反饋作用不可忽視，垂直混合增強了光的有效性及底部營養(yǎng)鹽的可獲性，導(dǎo)致更多的營養(yǎng)鹽被浮游植物吸收，底部浮游植物光合作用產(chǎn)氧量可抵消60%水體呼吸消耗掉的氧，減緩了缺氧現(xiàn)象的發(fā)生。
該研究有助于在不斷變化的氣候環(huán)境中制定適當(dāng)?shù)臓I養(yǎng)鹽管理策略以減緩缺氧區(qū)的增長及其對生態(tài)系統(tǒng)的危害。
圖1：美國切薩皮克河口“流域-河口-近海”連續(xù)體模式DLEM-ChesROMS-ECB
圖2：夏季持續(xù)南風(fēng)造成的切薩皮克河口沿最深水深剖面的溶解氧濃度值(上)及持續(xù)東北風(fēng)和南風(fēng)下溶解氧濃度的差值(下)
本研究獲得了南方海洋科學(xué)與工程廣東省實驗室（珠海）、國家重點研發(fā)計劃項目課題、熱帶海洋環(huán)境國家重點實驗室自主部署項目、熱帶海洋環(huán)境國家重點實驗室開放課題等的資助。
相關(guān)論文信息：Zheng, Y., Huang, J., Feng, Y*., Xue, H., Xie, X., Tian, H., Yao, Y., Luo, L., Guo, X., Liu, Y., 2024. The effects of seasonal wind regimes on the evolution of hypoxia in Chesapeake Bay: Results from a terrestrial-estuarine-ocean biogeochemical modeling system. Progress in Oceanography, 222,.
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.pocean.2024.103207
粵公網(wǎng)安備44011502001245號