王同宇，張書文,2，蔣 晨，劉 瀟，曾偉強(qiáng)，李 韜

西北太平洋臺風(fēng)對冷渦及葉綠素濃度的影響

王同宇1，張書文1,2，蔣 晨1，劉 瀟1，曾偉強(qiáng)1，李 韜1

（1. 廣東省近海海洋變化與災(zāi)害預(yù)警重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東海洋大學(xué)海洋與氣象學(xué)院，廣東 湛江 524088;2. 區(qū)域海洋動力學(xué)與數(shù)值模擬功能實(shí)驗(yàn)室，海洋科學(xué)與技術(shù)國家實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266237）

【】研究2007—2017年間西北太平洋過境冷渦的11個(gè)臺風(fēng)導(dǎo)致浮游植物生長和冷渦（CCE）變化現(xiàn)象。統(tǒng)計(jì)并計(jì)算出可能影響葉綠素（Chl-a）濃度變化的因素:臺風(fēng)性質(zhì)（強(qiáng)度、移動速度、強(qiáng)迫時(shí)間）、臺風(fēng)前混合層厚度（MLD）、降雨量、海表面溫度（SST）、埃克曼抽吸速率（EPV）和兩層約化重力模式下的渦動能（EKE），其中EPV和EKE分別代表上升流和湍流混合強(qiáng)弱。通過線性回歸分析發(fā)現(xiàn)，除臺風(fēng)強(qiáng)度、SST與Chl-a濃度相關(guān)性不顯著（＞0.05），移動速度h、強(qiáng)迫時(shí)間、降雨和MLD、EPV、EKE與Chl-a均有顯著相關(guān)性（＜0.05），并建立了冷渦背景條件下的多元線性回歸模型：= 0.006 - 0.0381+ 0.025 72+ 0.023 83。浮游植物生長主要取決于上升流和湍流混合對營養(yǎng)鹽的輸送作用，慢而尺度大臺風(fēng)意味著受臺風(fēng)強(qiáng)迫時(shí)間長，足以超過地球自轉(zhuǎn)調(diào)整的時(shí)間則會引起強(qiáng)上升流（EPV）以及湍流混合輸送營養(yǎng)鹽，促進(jìn)Chl-a濃度大幅度增加，強(qiáng)湍流混合同時(shí)也需要降雨抑制，避免破壞浮游植物光合作用，臺風(fēng)前CCE區(qū)域MLD(＜25 m)與Chl-a呈現(xiàn)出正相關(guān)。

西北太平洋；臺風(fēng); 冷渦; 浮游植物生長; 多元線性回歸

西北太平洋是全球臺風(fēng)最活躍的海域，每年形成約25個(gè)臺風(fēng)，最頻繁出現(xiàn)時(shí)期為7~10月。大多數(shù)臺風(fēng)經(jīng)過此區(qū)域（16°―28° N，120°―138° E，圖1），水深大于4 500 m，面積1.21×10-6km2。其海域表現(xiàn)為中尺度渦特征（水平尺度50 ~ 500 km），主導(dǎo)上層海洋動能，比平均海洋動能大兩個(gè)量級[1]。

當(dāng)臺風(fēng)經(jīng)過海洋，通過能量的交換發(fā)生劇烈的海氣相互作用，海洋表層熱量損失，強(qiáng)風(fēng)應(yīng)力向海洋輸入機(jī)械能，海表面溫度（SST）降溫并伴隨著浮游植物大量生長。SST降溫主要是由于臺風(fēng)引起海洋內(nèi)部垂直混合、夾卷、上升流作用，并將次表層富含營養(yǎng)鹽的冷水抬升至真光層，導(dǎo)致浮游植物大量生長[2-6]，而海氣通量對SST的降溫作用僅5%~15%[7]。中尺度渦可以調(diào)節(jié)臺風(fēng)期間的海氣相互作用，尤其是氣旋式冷渦（CCE）。CCE加強(qiáng)，該區(qū)域表現(xiàn)出明顯的SST降溫和浮游植物大量生長，其熱力學(xué)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，臺風(fēng)過境引起的近慣性震蕩使得混合層內(nèi)剪切混合強(qiáng)，改變渦旋內(nèi)部結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)上升流，極易將次表層富含營養(yǎng)鹽的冷水抬升[8-12]，CCE引起強(qiáng)海表冷卻通過負(fù)反饋機(jī)制減弱臺風(fēng)強(qiáng)度[13]；相反，反氣旋式暖渦（AE）內(nèi)部較厚的混合層和下沉流則會抑制冷水抬升，SST降溫和浮游植物生長效果并不顯著[14]。對于移動速度較慢，長時(shí)間作用同一區(qū)域的臺風(fēng)，海水內(nèi)部達(dá)到?？寺胶猓饛?qiáng)上升流，會導(dǎo)致CCE加強(qiáng)或新的CCE產(chǎn)生[15]。

通過觀測[16]和數(shù)值模擬[17]發(fā)現(xiàn)臺風(fēng)強(qiáng)迫下的CCE區(qū)域會出現(xiàn)明顯的降溫和浮游植物大量生長。2003年，在西北太平洋11個(gè)臺風(fēng)中只有2個(gè)臺風(fēng)對SST和浮游植物產(chǎn)生顯著的影響[14]；2000―2008年期間，受到超強(qiáng)臺風(fēng)影響，僅有20個(gè)CCE加強(qiáng)，產(chǎn)生兩個(gè)新CCE[9]；Shang等[18]統(tǒng)計(jì)1997―2009年南海只有8個(gè)臺風(fēng)過境CCE均導(dǎo)致強(qiáng)烈的SST和浮游植物變化。由此可見，強(qiáng)降溫和浮游植物大量生長事件遠(yuǎn)小于預(yù)期。雖然臺風(fēng)性質(zhì)[強(qiáng)度、移動速度（h）、尺度][4-5, 9, 19-22]和臺風(fēng)前的海洋層化程度[2-3, 23]對于上層海洋的生態(tài)響應(yīng)十分重要，但是關(guān)于不同性質(zhì)的臺風(fēng)經(jīng)過CCE背景條件下對浮游植物生長的影響機(jī)制尚未清楚。本研究通過分析西北太平洋2007―2017年期間臺風(fēng)對CCE及其浮游植物生長的影響，統(tǒng)計(jì)Chl-a濃度、SST對不同的臺風(fēng)性質(zhì)和CCE響應(yīng)特征，建立多元回歸模型，以期為進(jìn)一步揭示復(fù)雜背景下臺風(fēng)與CCE之間生態(tài)響應(yīng)機(jī)制提供基礎(chǔ)。

黑線為選取斷面

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 遙感和臺風(fēng)數(shù)據(jù)

Chl-a濃度數(shù)據(jù)源自哥白尼海洋環(huán)境監(jiān)測服務(wù)（CMEMS）提供的遙感產(chǎn)品，該產(chǎn)品融合了SeaWiFS、MODIS-Aqua、MERIS、VIIRSN and OLCI-S3遙感傳感器，空間分辨率為0.036° × 0.036°，時(shí)間分辨率為1 d，海表10 m風(fēng)場數(shù)據(jù)從遙感系統(tǒng)網(wǎng)站下載（http://www.remss.com/），SST數(shù)據(jù)空間分辨率為0.083° × 0.083°，時(shí)間分辨率為1 d，風(fēng)場空間分辨率為0.25° × 0.25°，時(shí)間分辨率為6 h。海表面高度異常（SLA）數(shù)據(jù)選自法國研究中心（AVISO）融合TOPEX/Poseidon、Jason-1、ERS-1/2和 Envisat 等多顆衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品，時(shí)間分辨率為1 d，空間分辨率為0.25° × 0.25°。混合層厚度（MLD）是CMEMS的全球觀測海洋溫度、鹽度、高度、MLD、地轉(zhuǎn)流、海表面鹽度和海表密度產(chǎn)品中下載（http://marine.copernicus.eu/），該數(shù)據(jù)產(chǎn)品結(jié)合了遙感和現(xiàn)場觀測資料[24]，時(shí)間分辨率為1周，空間分辨率為0.25° × 0.25°。氣候態(tài)硝酸鹽數(shù)據(jù)源自全球大洋數(shù)據(jù)集（WOA13），氣候態(tài)真光層深度數(shù)據(jù)從遙感系統(tǒng)網(wǎng)站下載。

臺風(fēng)路徑、最大風(fēng)速來自上海臺風(fēng)所（http://www.typhoon.org.cn/），時(shí)間間隔為6 h，h是根據(jù)臺風(fēng)每6 h移動距離計(jì)算。

1.2 方法

首先選取在2007—2017年經(jīng)過該區(qū)域的38個(gè)臺風(fēng)，主要集中在7—10月份，并篩選出過境后引起顯著SST異常和高濃度Chl-a的臺風(fēng)，統(tǒng)計(jì)符合條件的臺風(fēng)引起SST、Chl-a濃度變化情況以及其沿著路徑U、強(qiáng)度變化特征，同時(shí)，根據(jù)SLA數(shù)據(jù)來識別CCE，并觀察浮游植物大量生長的區(qū)域是否在CCE附近。其中為了突出Chl-a濃度變化，從過境后的兩個(gè)星期內(nèi)選取處高濃度Chl-a所出現(xiàn)的日期，合成平均。臺風(fēng)強(qiáng)迫時(shí)間根據(jù)10 m風(fēng)場計(jì)算，將6 h分辨率插值成為30 min，并選取風(fēng)速＞14 m/s風(fēng)場范圍作為臺風(fēng)強(qiáng)迫區(qū)域，并對強(qiáng)迫區(qū)域時(shí)間進(jìn)行積分得到強(qiáng)迫時(shí)間。

臺風(fēng)引起海洋內(nèi)部?？寺槲俾剩‥PV）:

上升流引起的等密度面位移可由以下兩個(gè)公式計(jì)算:

其中，?為海表面高度變化，為重力加速度，′ =（－）是約化重力，為混合層平均密度，為混合層底至水深200 m平均密度，本文取0.015 m/s2。公式（4）、（5）計(jì)算出結(jié)果雖為同一量級，但數(shù)值大小不一致，是（4）基于風(fēng)應(yīng)力旋度導(dǎo)致均質(zhì)上層海洋內(nèi)部等密度面位移[26-27]，公式（5）則考慮真實(shí)海洋表現(xiàn)為中尺度渦特征，海洋內(nèi)部為第一斜壓模態(tài)，兩層約化重力模式可以模擬在實(shí)際風(fēng)應(yīng)力作用下的自由表面高度變化隨時(shí)間的演變[2, 28]，所以，本文將采取兩層約化重力模式。

CCE變化則一方面由SLA來表征，另一方面，通過計(jì)算渦動能（EKE）可以反映地轉(zhuǎn)流場以及中尺度渦強(qiáng)弱：

其中為地轉(zhuǎn)流異常緯向分量，為地轉(zhuǎn)流異常緯向分量，A為CCE區(qū)域網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)，h為海洋上層厚度，由全球大洋數(shù)據(jù)集（WOA13）月平均海洋溫度計(jì)算（https://www.nodc.noaa.gov/OC5/woa13/），水平分辨率為0.25o×0.25o，垂直方向從0~1500m共有57層。

如圖2所示，西北太平洋區(qū)域西北部島嶼眾多，特殊的地理環(huán)境使得表層Chl-a濃度四季分布以島鏈為軸，向東南方向遞減。冬季平均葉綠素質(zhì)量濃度0.1936 mg/m3高于春（0.1594）、夏（0.1530）、秋（0.164 1）季，但在離岸海域Chl-a質(zhì)量濃度基本上≤0.1 mg/m3。篩選出2007-2017年11個(gè)臺風(fēng)經(jīng)過CCE，并引起大范圍的浮游植物生長和SST降溫，表1列出11個(gè)臺風(fēng)過境CCE期間的最大風(fēng)速、h、Chl-a濃度、SST變化特征，表2列出臺風(fēng)強(qiáng)迫時(shí)間、降雨、MLD、EPV、EKE特征。

圖2 2007―2016年西北太平洋典型季節(jié)Chl-a濃度空間分布

表1 臺風(fēng)過境CCE區(qū)域臺風(fēng)特征及Chl-a濃度和SST變化

注：臺風(fēng)名稱出現(xiàn)兩次表示該臺風(fēng)過境兩個(gè)CCE區(qū)域

Note: The name of the typhoon appeared twice, indicating that the typhoon passed through two CCE region

表2 CCE區(qū)域臺風(fēng)強(qiáng)迫時(shí)間、降雨、MLD、EPV、EKE特征

注：臺風(fēng)名稱出現(xiàn)兩次表示，該臺風(fēng)過境兩個(gè)CCE區(qū)域

Note: The name of the typhoons appeared twice, indicating that the typhoon passed through two CCE region

2 結(jié)果與分析

2.1 特殊路徑臺風(fēng)盧碧和派比安對Chl-a、SST和SLA的影響

臺風(fēng)盧碧和派比安的路徑是比較特殊的，盧碧向西運(yùn)動經(jīng)過兩個(gè)強(qiáng)度相當(dāng)?shù)腃CE（圖3、4），經(jīng)過第一個(gè)CCE時(shí)h為5 m/s，強(qiáng)度為60 m/s，降溫幅度達(dá)到5.3 ℃（表1），高Chl-a濃度分布在CCE內(nèi)臺風(fēng)路徑附近（圖3：b），增長0.22 mg/m3，當(dāng)經(jīng)過第二個(gè)CCE區(qū)域后，路徑轉(zhuǎn)向東北方向，h為2 m/s，降溫為6.9 ℃，Chl-a質(zhì)量濃度大幅度增加，增長0.62 mg/m3（圖3：c），另外，在臺風(fēng)過后1周之后，CCE均加強(qiáng)，并向西傳播，下降幅度-6 cm（圖4：f）。

在派比安臺風(fēng)過境前，其路徑周圍CCE較弱，SLA=-15 cm。過境時(shí)，h分別為1.0、0.8 m/s，強(qiáng)度分別為46、38 m/s，在兩個(gè)打轉(zhuǎn)區(qū)域形成一個(gè)東北-西南帶狀的強(qiáng)CCE（SLA=-52 cm）（圖4：g-h），同時(shí)第一個(gè)打轉(zhuǎn)區(qū)域臺風(fēng)強(qiáng)迫時(shí)間大約2 d，SST降溫幅度達(dá)到7.3 ℃，Chl-a質(zhì)量濃度增加0.4 mg/m3，且范圍較小，第二個(gè)區(qū)域臺風(fēng)強(qiáng)迫時(shí)間＞3 d，SST降溫6.3 ℃，高Chl-a濃度范圍遠(yuǎn)大于前者，并分布在路徑右側(cè)，增加1.15 mg/m3，浮游植物生長一直維持到第二周（圖3：e-f）。

2.2 連續(xù)過境兩個(gè)CCE的臺風(fēng)蘇力和黃蜂對Chl-a、SST和SLA的影響

臺風(fēng)蘇力和黃蜂路徑均經(jīng)過2個(gè)CCE，均呈現(xiàn)出高濃度Chl-a（圖5），這兩個(gè)CCE的SLA變化最為顯著，范圍擴(kuò)大（圖6）。

蘇力過境第一個(gè)CCE時(shí)，h為6.1 m/s，強(qiáng)度為50 m/s，導(dǎo)致降溫和Chl-a質(zhì)量濃度為：6.8 ℃、0.12 mg/m3，高濃度范圍小，CCE強(qiáng)度幾乎未變化；過境第二個(gè)CCE時(shí)，U為5.8 m/s，強(qiáng)度44 m/s，降溫4.3 ℃，Chl-a質(zhì)量濃度增長至0.24 mg/m3，CCE內(nèi)部SLA由-36 cm加強(qiáng)至-41 cm。

黃蜂過境以5.1 m/sh和55 m/s最大風(fēng)速經(jīng)過第一個(gè)CCE，導(dǎo)致降溫4.5℃和小范圍的Chl-a質(zhì)量濃度增加0.13 mg/m3，CCE范圍擴(kuò)大，向西運(yùn)動，強(qiáng)度變化微弱；而經(jīng)過第二個(gè)CCE時(shí)，h為2.5m/s，最大風(fēng)速達(dá)到62 m/s，造成CCE發(fā)生顯著加強(qiáng)，SLA減少了16 cm（圖5：c-d），降溫幅度＞7 ℃，Chl-a質(zhì)量濃度增加0.31 mg/m3（圖5：e-f）。

黃蜂過境以5.1 m/s 的h和55 m/s的最大風(fēng)速經(jīng)過第一個(gè)CCE，導(dǎo)致降溫4.5 ℃和小范圍的Chl-a質(zhì)量濃度增加0.13 mg/m3，CCE范圍擴(kuò)大，向西運(yùn)動，強(qiáng)度變化微弱；而經(jīng)過第二個(gè)CCE時(shí)，h為2.5 m/s，最大風(fēng)速達(dá)到62 m/s，造成CCE發(fā)生顯著加強(qiáng)，SLA減少了16 cm（圖5：c-d），降溫幅度＞7 ℃，同時(shí)Chl-a質(zhì)量濃度增加0.31 mg/m3（圖5：e-f）。

2.3 過境一個(gè)CCE的臺風(fēng)對Chl-a、SST和SLA的影響

除上述4個(gè)臺風(fēng)外，還有7個(gè)臺風(fēng)：羅莎、森克拉、薔薇、莫拉克、杰拉華、巴蓬、鯰魚，其中森克拉和薔薇連續(xù)經(jīng)過同一個(gè)CCE，鯰魚、杰拉華、莫拉克路徑位于CCE中心，其余路徑在CCE邊緣附近，用相同的方法計(jì)算SST、Chl-a、SLA變化，結(jié)果如圖7所示。

（a-c）：盧碧臺風(fēng)；（d-f）：派比安；（a）：盧碧臺風(fēng)過境前、（b）：過境第一個(gè)CCE后、（c）：第二個(gè)CCE后；（d）：派比安臺風(fēng)過境前、（e）：過境第一個(gè)CCE后、（f）：第二個(gè)CCE后.紅線代表臺風(fēng)路徑，黑線代表CCE內(nèi)SLA等值線

a、b、e、f：盧碧臺風(fēng)；c、d、g、h：派比安臺風(fēng)；a和c：過境第一個(gè)CCE后SST降溫；b和d：第二個(gè)CCE后SST降溫；e和g：過境第一個(gè)CCE后SLA；f和h：第二個(gè)CCE后SLA；粗黑線代表臺風(fēng)路徑，細(xì)黑線代表CCE內(nèi)SLA等值線

（a-c）：蘇力臺風(fēng)；（d-f）：黃蜂臺風(fēng)；（a，d）：臺風(fēng)過境前Chl-a濃度、（b，e）：臺風(fēng)過境后Chl-a濃度、（c，f）：臺風(fēng)過境后海表溫度降溫；粗黑線代表臺風(fēng)路徑，細(xì)黑線代表CCE內(nèi)SLA等值線

（a，b）：蘇力臺風(fēng)；（c，d）：黃蜂臺風(fēng)；（a，c）：臺風(fēng)過境前SLA、（b，d）：臺風(fēng)過境后SLA.粗黑線代表臺風(fēng)路徑，細(xì)黑線代表冷渦內(nèi)SLA等值線

7個(gè)臺風(fēng)過境CCE時(shí)最大風(fēng)速＞42 m/s，除森拉克h＜3 m/s，其他臺風(fēng)h較快，連續(xù)臺風(fēng)森克拉和薔薇過境CCE位于近岸區(qū)域，臺風(fēng)前CCE區(qū)域Chl-a質(zhì)量濃度分別為0.11、0.18 mg/m3，與秋季該區(qū)域Chl-a濃度大致相同，但臺風(fēng)過境后Chl-a質(zhì)量濃度增加幅度為0.30、0.23 mg/m3，且分布在CCE不同區(qū)域，森克拉SST降溫（5.7 ℃）和范圍比薔薇顯著（2 ℃）（圖7：d-i）。鯰魚、杰拉華、莫拉克h為7.2、4.8、6.0 m/s，最大風(fēng)速為46、57、43 m/s，莫拉克h和強(qiáng)度弱相對較弱，而且臺風(fēng)前CCE較弱（SLA=-10cm），過境后CCE強(qiáng)度和范圍加強(qiáng)，但浮游植物生長卻出現(xiàn)在CCE區(qū)域之外，而CCE內(nèi)Chl-a濃度增加0.12 mg/m3，SST降溫3.8 ℃; 鯰魚過境后，SST降溫3.9 ℃，與莫拉克相近，但引起Chl-a質(zhì)量濃度增加了0.3 mg/m3，分布在CCE內(nèi)部，SLA減少至-32 cm; 杰拉華過境后導(dǎo)致CCE發(fā)展成為沿臺風(fēng)路徑的西北東南帶狀特征，SLA從-28 cm減少至-37 cm，高Chl-a濃度也呈現(xiàn)出帶狀結(jié)構(gòu)，增加了0.46 mg/m3。羅莎和巴蓬臺風(fēng)最大風(fēng)速相近（46、48 m/s），羅莎h（4.2 m/s）大于巴蓬（5.2 m/s），羅莎過境前，CCE呈現(xiàn)出東北―西南帶狀特征，而過境后CCE中心則位于臺風(fēng)路徑周圍，高濃度Chl-a卻出現(xiàn)在CCE邊緣，增加0.56 mg/m3，SST降溫6 ℃；巴蓬過境前，CCE強(qiáng)度弱（SLA=-13 cm），過境后SLA減少至-18 cm（圖8），SST降溫也達(dá)到了5.6 ℃，CCE區(qū)域內(nèi)只出現(xiàn)小范圍高濃度Chl-a，增加了0.26 mg/m3。

第1-7行分別是羅莎（a-c）、森克拉（d-f）、薔薇（g-i）、莫拉克（j-l）、杰拉華（m-o）、巴蓬（p-r）、鯰魚（s-u）臺風(fēng)過境前、后Chl-a濃度和SST降溫。粗黑線代表臺風(fēng)路徑，細(xì)黑線代表CCE內(nèi)SLA等值線。

羅莎（a-b）、森克拉（c-d）、薔薇（e-f）、莫拉克（g-h）、杰拉華（i-j）、巴蓬（k-l）、鯰魚（m-n）臺風(fēng)過境前、后SLA變化。粗黑線代表臺風(fēng)路徑，細(xì)黑線代表CCE內(nèi)SLA等值線

2.4 Chl-a與多個(gè)變量的線性回歸

11個(gè)臺風(fēng)經(jīng)過15個(gè)CCE時(shí)，引起的不同程度的浮游植物生長，臺風(fēng)強(qiáng)度、h、強(qiáng)迫時(shí)間、降雨、MLD、EPV、EKE變量如表1和2所示，通過線性回歸分析（表3），表明Chl-a濃度與7個(gè)變量之間表現(xiàn)出不同的相關(guān)性：h（= 0.67，= 0.006）、強(qiáng)迫時(shí)間（= 0.81，= 0.000 3）、降雨（= 0.69，= 0.004 8）、MLD（= 0.690 9，= 0.043）、EPV（= 0.515 0，= 0.049 6）、EKE（= 0.928 6，< 0.000 1）與Chl-a有著顯著相關(guān)性（< 0.05），但臺風(fēng)強(qiáng)度（= -0.266 2，= 0.337 5）和SST（= 0.40，= 0.141）相關(guān)性不顯著（> 0.05），并未通過95%置信區(qū)間的檢驗(yàn)（圖9）。

進(jìn)一步建立多元線性回歸模型，即Chl-a變化與h、降雨、MLD自變量之間的回歸模型：=0+11+22+33+，為隨機(jī)誤差，1、2、3分別是自變量h、MLD、降雨量，求解結(jié)果如表3所示，復(fù)相關(guān)系數(shù)為2= 0.56，= 0.02 < 0.05，該回歸模型成立。

表3 回歸模型系數(shù)和置信區(qū)間

（a-h）表示Chl-a與影響因子（Uh、強(qiáng)迫時(shí)間、最大風(fēng)速、ΔSST、MLD、降雨、EKE和EPV）

3 討論

在上層海洋中，光和營養(yǎng)鹽是促進(jìn)浮游植物大量生長最重要的兩個(gè)因素，光照條件和營養(yǎng)鹽濃度分布可以調(diào)節(jié)Chl-a濃度變化[26]。西北太平洋篩選出的11個(gè)臺風(fēng)主要發(fā)生8―10月份，沿著研究區(qū)域選取西北―東南向一個(gè)斷面，密度躍層基本維持50 m，氣候態(tài)營養(yǎng)鹽濃度隨著深度逐漸增加，在上層0~200 m硝酸鹽濃度均＜4 μmol/L，這說明西北太平洋上層海洋營養(yǎng)鹽匱乏，而氣候態(tài)真光層深度在90~120 m之間，真光層內(nèi)雖可以提供給浮游植物光照條件，但低營養(yǎng)鹽濃度也會抑制浮游植物生長，整個(gè)西北太平洋開闊洋面上Chl-a質(zhì)量濃度≤0.1 mg/m3。2007―2017年臺風(fēng)中僅有11個(gè)臺風(fēng)過境該海域可以導(dǎo)致Chl-a濃度顯著增加，維持7 d，均發(fā)生在CCE區(qū)域，說明僅有臺風(fēng)作用不足以將底層高濃度營養(yǎng)鹽攜帶進(jìn)入真光層，還需要不穩(wěn)定的熱力學(xué)結(jié)構(gòu)才能引起浮游植物生長。

臺風(fēng)后的CCE區(qū)域Chl-a濃度總是高于臺風(fēng)前，臺風(fēng)本身性質(zhì)（h、強(qiáng)度、尺度）對于Chl-a濃度增加和SST降溫程度起著重要作用，主要通過臺風(fēng)引起的上升流、混合夾卷過程，一方面，次表層高濃度的Chl-a向上輸送至表層，另一方面，底層富含營養(yǎng)鹽的冷水向上輸送，促進(jìn)浮游植物生長，上升流和湍流混合的強(qiáng)弱決定了為浮游植物提供營養(yǎng)鹽輸送的能力[27-30]，以EPV、EKE代表上升流和湍流混合強(qiáng)度，臺風(fēng)引起上升流的條件滿足公式=h/（2max）＞1[7]，EPV與Chl-a濃度顯著相關(guān)（= 0.515 0，= 0.049 6）；＜1，意味著慢而尺度較大的臺風(fēng)過境的上層海洋以湍流混合為主，EKE與Chl-a濃度相關(guān)性接近于1（= 0.928 6，＜0.000 1）。強(qiáng)迫時(shí)間計(jì)算過程考慮到臺風(fēng)尺度和U兩個(gè)因素，對EPV和EKE產(chǎn)生重要影響。

統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)迫時(shí)間與Chl-a濃度相關(guān)性顯著（= 0.81，= 0.000 3），臺風(fēng)強(qiáng)度與Chl-a濃度變化之間的相關(guān)性弱（= -0.266 2，= 0.337 5），說明決定Chl-a增加程度的主要因素是臺風(fēng)強(qiáng)迫時(shí)間，慢而尺度大的臺風(fēng)意味著向海洋輸入更多的能量，這些能量主要以近慣性內(nèi)波的形式向下傳播，造成上層海洋內(nèi)部的剪切不穩(wěn)定機(jī)制，湍流混合過程使得混合層加深，極易將高濃度營養(yǎng)鹽抬升至真光層內(nèi)[11, 17]。SST是Chl-a濃度變化的一個(gè)重要指標(biāo)，SST與臺風(fēng)性質(zhì)也有一定相關(guān)性[7-9]，但SST與Chl-a濃度（= 0.40，= 0.141）未表現(xiàn)出強(qiáng)相關(guān)性，可能是SST除海洋內(nèi)部動力過程外，還受到臺風(fēng)期間降雨、太陽輻射蒸發(fā)、臺風(fēng)前CCE的層結(jié)結(jié)構(gòu)等影響。臺風(fēng)前15個(gè)CCE區(qū)域MLD范圍在10~25 m之間，遠(yuǎn)小于氣候態(tài)MLD（50 m），其上層海洋易受到上升流、湍流混合以及夾卷過程影響，利于MLD加深和營養(yǎng)鹽輸送，但臺風(fēng)前的MLD與Chl-a濃度表現(xiàn)為正相關(guān)（= 0.690 9，= 0.043），說明CCE的熱力學(xué)結(jié)構(gòu)越不穩(wěn)定，強(qiáng)混合夾卷過程會將部分浮游植物位移至真光層之下，破壞光合作用，所以臺風(fēng)前CEE存在較厚的MLD易出現(xiàn)更高濃度Chl-a[31]。CCE區(qū)域累計(jì)降雨量與Chl-a濃度表現(xiàn)出顯著正相關(guān)（= 0.69，= 0.004 8），主要因?yàn)榕_風(fēng)長強(qiáng)迫時(shí)間會導(dǎo)致大量降雨，注入海洋出現(xiàn)強(qiáng)分層現(xiàn)象，抑制強(qiáng)湍流混合將更多浮游植物位移至真光層之下的過程，避免破壞光合作用，從而使得浮游植物大量生長[23]。實(shí)際上，營養(yǎng)水平因地點(diǎn)而異，營養(yǎng)水平變化對Chl-a濃度增加的影響將在今后的研究中進(jìn)行，并考慮詳細(xì)的情況。

4 結(jié)論

本研究基于遙感數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)了近10 a西北太平洋臺風(fēng)經(jīng)過CCE區(qū)域引起浮游植物生長程度和CCE變化，發(fā)現(xiàn)此區(qū)域內(nèi)氣候態(tài)的真光層內(nèi)營養(yǎng)鹽匱乏＜4 μmol/L，營養(yǎng)鹽成為控制浮游植物生長重要因素，上升流和湍流混合強(qiáng)弱對于營養(yǎng)鹽輸送至關(guān)重要。在臺風(fēng)過境CCE區(qū)域的背景條件下，除臺風(fēng)強(qiáng)度、SST外，h、強(qiáng)迫時(shí)間、降雨和MLD、EPV、EKE與Chl-a濃度表現(xiàn)出顯著相關(guān)性，建立Chl-a變化與h、MLD、降雨量自變量之間的多元線性回歸模型：= 0.006 - 0.0381+ 0.025 72+ 0.023 83。慢而尺度大的臺風(fēng)意味著較長的強(qiáng)迫時(shí)間，便于形成強(qiáng)上升流，向輸入更多能量，產(chǎn)生強(qiáng)湍流混合，攜帶營養(yǎng)鹽輸送至真光層內(nèi)；而在熱力結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的上層海洋，MLD、降雨量與Chl-a變化表現(xiàn)為正相關(guān)。

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Cold Core Eddy Change and Phytoplankton Bloom Induced by Typhoons: Case Studies in Northwest Pacific Ocean

WANG Tong-yu1, ZHANG Shu-wen1,2, JIANG Chen1, LIU Xiao1, ZENG Wei-qiang1, LI Tao1

(1.，，524088，; 2.，，266237，)

【】To investigate the cold core eddy（CCE）change and phytoplankton bloom induced by 11 typhoons in northwest Pacific Ocean during the period 2007—2017. 【】The factors that might affect the increase of chlorophyll-a（Chl-a）concentration were calculated: typhoon properties（intensity，translation speedand forcing time)，pre-typhoon mixed layer depth（MLD），cumulative rainfall，sea surface temperature（SST），Ekman pumping velocity（EPV）and eddy kinetic energy（EKE）was estimated from two-layer reduced gravity model. EPV and EKE represent the strength of the upwelling and turbulent mixing，respectively. 【】Linear regression analysis shows that，except for typhoon intensity and SST（> 0.05），h，forcing time，rainfall，MLD，EPV，EKE were significantly correlated with Chl-a under the pre-existing CCE（< 0.05），and establish multiple linear regression model:= 0.006 -0.0381+ 0.02572+ 0.02383was established. Phytoplankton bloom mainly depended on nutrients transport induced by the upwelling and turbulent mixing. Slow typhoons meant that the forcing time was long enough to exceed the geostrophic adjustment time and strong upwelling（EPV）and turbulent mixing greatly increased Chl-a. In the meantime，due to the fact that MLD in CCE region was generally less than 25 m，strong turbulent mixing also needed to cooperate with rainfall inhibition to avoid damaging phytoplankton photosynthesis.

Northwest Pacific Ocean; typhoons; cold core eddy; phytoplankton bloom;multiple linear regression

P733

A

1673-9159（2019）05-0085-11

10.3969/j.issn.1673-9159.2019.05.013

2019-04-20

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)專項(xiàng)（2016YFC1401403）；國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（41676008和41876005）；國際合作項(xiàng)目（GASI-IPOVI-04）；廣東省自然科學(xué)基金（2016A030312004）

王同宇（1995－），男，碩士研究生，研究方向?yàn)槲锢砗Ｑ?。E-mail：gdou_wty@163.com

張書文（1962－），男，博士，教授，主要從事物理海洋學(xué)研究。E-mail：gdouzhangsw@163.com

王同宇，張書文，蔣晨，等. 西北太平洋臺風(fēng)對冷渦及葉綠素濃度的影響[J]. 廣東海洋大學(xué)學(xué)報(bào)，2019，39（5）：85-95.

（責(zé)任編輯：劉朏）