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高会旺:大气强迫对海洋生态系统的影响

发布时间:2016-4-25 7:54:32 点击次数:1500
        4月20日,应北京大学海洋研究院的邀请,中国海洋大学环境科学与工程学院高会旺教授来访北大,在理科教学楼103教室为大家带来《大气强迫对海洋生态系统的影响》的精彩讲座。讲座由北大环境科学与工程学院教授、海洋研究院副院长郑玫主持。高会旺教授就台风的研究背景及模型、台风事件的影响及规律做了整体介绍,。讲座最后,高教授深入浅出地回答了同学们提出的诸多问题。
 
  高会旺教授讲座

      研究背景与模型介绍
      台风是发生在海洋上的强烈天气系统,是海气相互作用最直观的表现形式,其引起的强烈混合过程,对上层海洋与深层海水之间的热量、能量和物质交换有显著的重大影响,使下层营养盐通过跃层进入上层海洋,叶绿素浓度升高,进而影响海洋的初级生产力水平。
台风对海洋的影响主要体现在两个方面,分别是对海洋物理环境和生态环境的影响。在海洋物理环境方面,它能够降低海表温度,使得海洋混合层加深,同时产生近惯性震荡现象。在海洋生态环境方面,它能使海表叶绿素浓度增加,提高初级生产力,改变浮游生物的组成结构。
      目前,基于卫星遥感资料,台风对上层海洋的影响已有诸多报道,但这些报道基本上只关注海洋表层,很少关注台风对海洋次表层或者深层的影响。因此,关于台风对海洋的影响还有很多值得探讨的问题,比如:台风对海洋次表层和深层的物理和生态要素的影响,对寡营养海区营养盐垂直输运及初级生产力的贡献,以及对海洋生态系统各要素变化的影响等。
 
郑玫教授主持
      一次台风事件的影响
      台风“达维”(0518)由菲律宾东部的低压系统发展而成,于2005年9月21日08时左右发展为热带风暴,向西北方向移动,22日12时进入南海,24日16时达到台风等级,26日04时登陆海南岛并向西移动,27日10时在越南北部登陆并逐渐减弱为低气压。按照萨菲尔-辛普森(Saffir-Simpson)等级,“达维”为2级台风,平均移动速度为3.9 m/s。
     运用垂向一维海洋生态动力学模型,发现此次台风对海洋的影响主要体现在个三方面。首先是对温度的影响:台风过境后,上层50m降温,最大幅度达4.0℃;50-150m升温,最大幅度1.3℃;混合层深度增大到85m。其次是对营养盐的影响:台风过境后,海表营养盐增加,但一段时间后由于浮游植物的消耗,营养盐浓度迅速减少。最后是对浮游植物的影响:台风过境后,垂直方向垂向均匀混合,次表层最大值消失;过境后7天,表层叶绿素达到峰值0.61 mg m-3;过境后11天,次表层(60 m)叶绿素达到峰值0.71 mg m-3;由于营养盐不断消耗,海表叶绿素回到台风过境前的水平,次表层最大值重新形成。
      关于台风过境后海洋叶绿素含量的变化原因可归为以下几点:首先,台风过境当天表层叶绿素浓度的迅速增加和次表层叶绿素浓度的迅速降低主要是由物理过程(垂向湍流混合)控制的。其次,台风过境之后表层和次表层叶绿素浓度的缓慢增加则是生物过程(浮游植物净生长)起主导作用。此外,次表层叶绿素浓度的增加比表层持续了更长的时间。最终,一次台风过境贡献初级生产力6.5103mgCm-2,约占全年初级生产力的14%。
 
     讲座现
      两次不同台风影响的对比
      以0601“珍珠”和0606“派比安”两次台风为研究对象,将8月份台风“派比安”过境期间的海表强迫(风应力、热通量)换为台风“珍珠”过境期间的海表强迫进行模拟,分析两次台风对温度、营养盐和浮游植物的影响。结果显示,台风的强度和移动速度等特征是决定海洋环境要素对台风响应程度的核心要素,同时台风过境前的水体层化状态和营养盐水平也是不可忽视的因素。

      台风影响规律探讨
      参照陈孔沫(1994)台风参数模型,建立由最大风速Vmax(强度)和台风移动速度Vc(速度)两个特征参数决定的模型风场,研究不同类型台风的影响规律。结果发现,物理要素(如海水温度)对台风强度和移动速度改变的响应是线性变化的,而生态要素(如营养盐和叶绿素浓度)的响应是非线性的。此外值得注意的是,除了对海洋有明显作用的强台风之外,移动速度慢的弱台风由于对海洋的作用时间较长,也能引起明显的海表降温和浮游植物水华,对海洋的影响同样不可忽视。
 
问答环节
      讲座的最后,高会旺教授与现场的同学们进行了友好的互动,并一一解答了同学们提出的诸多问题。讲座结束后,仍有不少同学和高教授热烈讨论海洋科学的相关问题,同学们均表示受益良多。 





      高会旺教授简介:
      高会旺,中国海洋大学环境科学与工程学院教授,博士生导师,973首席科学家。现任海洋环境与生态教育部重点实验室主任,中国海洋大学中英海洋环境研究联合中心主任,兼任国务院学位委员会第七届学科评议组(环境科学与工程)成员,教育部高等学校环境科学与工程类专业教学指导委员会委员,国际“上层海洋与低层大气研究计划(SOLAS)”科学指导委员会委员等。主要从事海洋与大气环境动力学的教学和研究工作,承担国家级科研项目20余项,发表学术论文约200篇。