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黑潮向东海营养物质输送及其控制因素解析

文献类型:学位论文

作者左九龙
答辩日期2018-05-15
文献子类博士
授予单位中国科学院大学
授予地点中国科学院海洋研究所
导师宋金明 研究员
关键词营养物质 输送通量 黑潮入侵 东海
学位名称工学博士
学位专业环境科学
英文摘要

基于2014年春季、2014年秋季及2015年夏季对台湾以东黑潮主流径及台湾东北部黑潮上升流海域的调查,在系统研究该区域海水中溶解无机态、溶解有机态及颗粒态的氮(N)、磷(P)、硅(Si)等生源要素及相关参数的垂直分布特征的基础上,定量评估了黑潮输入对东海陆架区营养物质分布格局的影响。获得如下的系列结果和认识:

1.春、夏、秋三个季节黑潮主流径及台湾东北部上升流水体中各形态NPSi等生源要素的浓度在不同深度水层差异明显,受到水体交换、浮游植物生产、颗粒物沉降、有机物矿化分解等过程的综合影响,但不同季节的影响因素有所差异。

黑潮主流径水体中溶解无机态生源要素(NO3-NNO2-NPO4-PSiO3-Si)、溶解有机态生源要素(DONDOP)和颗粒态生源要素(PINPIPPONPOP)浓度在不同深度水层差异明显:NO2-N50~150 m水深范围内存在一高值区;NO3-NPO4-PSiO3-Si在表层水中浓度最低,在次表层水、中层水中浓度随水深增加而迅速升高,在深层水中浓度最高且较为均一;DONDOPPONPOP在表层水中浓度最高,在次表层水中浓度随水深增加而逐渐降低,在中层水及深层水中浓度最低且分布较为均一;而PINPIP在全水深范围内浓度较低,垂直变化趋势不甚分明。各形态生源要素的浓度及分布趋势受到水体交换、浮游植物生产、颗粒物沉降、有机物矿化分解等诸多生物地球化学过程的影响,其季节变化表明不同季节影响因素有所差异。

TW0-1站位处于台湾东北部黑潮上升流核心区域,其各形态生源要素浓度及分布趋势受不断涌升的黑潮次表层水及中层水影响极大。其中NO3-NPO4-PSiO3-SiPONPOP的浓度基本高于黑潮主流径水体对应水层中浓度,而DONDOP浓度基本低于黑潮主流径水体对应水层中浓度,正是上升流水体生源要素分布特征。

2.黑潮主流径及台湾东北部上升流区域水体内各形态NP的组成在春、夏、秋三季大体相似,在浅层水体中以溶解有机态为主要存在形态,在深层水体中以溶解无机态为主要存在形态。

黑潮表层水中,DONDOPNP主要存在形态,分别占TNTP的约90%80%;其次以颗粒态形式存在,PNPIN+PON)、PPPIP+POP)分别占总量的10%左右;溶解无机态含量最少。随水深增加,溶解有机态及颗粒态的NP浓度降低,而溶解无机态NP浓度增加。至黑潮深层水中,溶解无机态成为NP的最主要存在形态,DINNO3-N+NO2-N)、DIPPO4-P)分别占TNTP90%左右;溶解有机态为次要存在形态;而颗粒态组分所占比例已不足1%

上升流水体中,NP在表层水中以溶解有机态为主要存在形态,在深层水中以溶解无机态为主要存在形态,且各组分所占比例受到黑潮涌升水影响。

3.黑潮水向东海陆架区的入侵向东海输送大量的营养物质,夏半年(5~10月)间跨陆架边缘向东海输入NPSiO3-Si营养物质的通量分别为17.170.9314.71 kmol/s;冬半年(11~次年4月)间跨陆架边缘向东海输入NPSiO3-Si营养物质的通量分别为15.700.759.73 kmol/s。值得注意的是,NP输送通量中溶解有机态、颗粒态的NP贡献近半,不容忽视。黑潮向东海输送营养物质通量,受黑潮自身营养物质分布及黑潮向东海输入水通量两方面的共同影响。

黑潮水向东海陆架区的入侵向东海输送大量的营养物质,由于黑潮自身营养物质分布存在季节变化,且营养物质含量各不相同的黑潮各水层(黑潮表层水、黑潮次表层水和黑潮中层水)的入侵程度存在季节差异,因此不同季节黑潮向东海输送营养物质的通量有所不同。根据水-盐平衡箱式模型估算得到了各季节黑潮跨陆架边缘向东海输送各形态营养物质的通量。黑潮向东海输送DINDIPSiO3-SiDONDOPPNPP通量在春季分别为13.700.9823.0310.650.380.660.04 kmol/s;夏季分别为4.240.276.384.840.180.250.02 kmol/s;秋季分别为5.250.379.739.800.340.650.04 kmol/s。夏半年(5~10月)中DINDIP分别占NP总输入通量的52%67%,冬半年(11~次年4月)中DINDIP分别占NP总输入通量的33%50%。除溶解无机态营养物质外,黑潮向东海输送了大量的溶解有机态及颗粒态营养物质,这两种形态的营养物质对东海陆架区营养物质的分布格局也有重要影响。

4.夏半年、冬半年间的黑潮入侵水输入营养物质通量的DIN/DIP比值分别为14.3614.08,而TN/TP比值分别为18.4120.91。携带大量营养物质尤其是含有较高浓度DIP黑潮入侵水可以经近岸黑潮底层分支入侵至东海闽浙近海海域,进而缓和河流输入所造成的东海近海高N/P情况,对东海营养物质分布格局造成一定的影响。

在夏半年(5~10月),黑潮输入DINDIPSiO3-SiDONDOPPNPP分别是东海陆架区NPSiO3-Si总收入(黑潮输入、台湾海峡水输入及河流输入之和)的23%34%42%20%15%1%2%,是东海陆架区营养物质的极重要来源。在冬半年(11~次年4月),黑潮输入DINDIPSiO3-SiDONDOPPNPP分别是东海陆架区NPSi总收入(黑潮输入、台湾海峡水输入及河流输入之和)的18%25%37%33%22%2%3%,其溶解无机态营养物质输入通量低于夏季,溶解有机态及颗粒态营养物质输入通量高于夏季。

黑潮入侵水在夏半年和冬半年向东海输送DINDIPSiO3-SiDONDOPPNPP等形态营养物质的通量分别是同期河流输入通量的2.5537.772.9310.689.330.630.63倍和5.0445.675.2240.7033.745.571.08倍。而夏半年、冬半年间的河流输入DIN/DIP比值分别为212.31127.50,黑潮入侵水输入DIN/DIP比值分别为14.3614.08。携带大量营养物质尤其是含有较高浓度DIP的黑潮入侵水可经近岸黑潮底层分支入侵至东海闽浙近海海域,可以缓解河流输入所造成的东海近海高N/P比值,进而对东海营养物质分布格局产生一定的影响。

学科主题地球科学 ; 海洋科学 ; 海洋化学
语种中文
目次

  ... I

ABSTRACT... V

第一章  绪论... 1

1.1 海洋生源要素循环研究概述... 1

1.2 黑潮概况... 3

1.2.1黑潮主流径的水文环境特征... 4

1.2.2 黑潮向东海入侵的水通量... 6

1.3 黑潮向东海的生源要素输送... 7

1.3.1 东海黑潮的生源要素分布特征... 7

1.3.2黑潮向东海输送生源要素通量... 10

1.4 本论文的选题目的与意义... 12

1.5 样品的采集与分析... 13

1.5.1 样品的采集... 13

1.5.2 样品的测定与分析... 15

第二章 黑潮主流径水体中的营养物质分布特征... 17

2.1 春季黑潮主流径水体中的营养物质... 17

2.1.1 春季黑潮主流径海域的环境要素... 17

2.1.2 春季黑潮主流径水体中营养物质的分布特征... 24

2.1.3 春季黑潮水体营养物质分布结构及其影响因素解析... 30

2.2 夏季黑潮主流径水体中的营养物质... 39

2.2.1 夏季黑潮主流径海域的环境要素... 39

2.2.2 夏季黑潮主流径水体中营养物质的分布特征... 44

2.2.3 夏季黑潮水体营养物质分布结构及其影响因素解析... 50

2.3 秋季黑潮主流径水体中的营养物质... 57

2.3.1 秋季黑潮主流径海域的环境要素... 57

2.3.2 秋季黑潮主流径水体中营养物质的分布特征... 62

2.3.3 秋季黑潮水体营养物质分布结构及其影响因素解析... 67

第三章 黑潮向东海的营养物质输送及其控制因素解析... 75

3.1黑潮向东海输送营养物质的通量... 75

3.1.1 黑潮向东海入侵水通量计算... 75

3.1.2 黑潮向东海输送的各形态营养物质通量... 79

3.2 黑潮输送对东海陆架区营养物质收支的贡献... 81

第四章 结论与创新... 85

4.1 主要结论... 85

4.2 主要创新点... 88

4.3 展望... 88

 

参考文献... 91

致谢... 103

作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果... 105

 

 

源URL[http://ir.qdio.ac.cn/handle/337002/154516]  
专题中国科学院海洋研究所
推荐引用方式
GB/T 7714
左九龙. 黑潮向东海营养物质输送及其控制因素解析[D]. 中国科学院海洋研究所. 中国科学院大学. 2018.

入库方式: OAI收割

来源:海洋研究所

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