浮游植物水华作为近海及大洋重要的生物过程，其动态变化对生态系统内的生产力水平、碳循环和能量传递等均有重要影响。随着气候变化对生态系统影响研究的深入以及卫星观测数据的不断积累，浮游植物水华生物气候学研究已成为当前生物海洋学研究的热点。然而，不同混合条件下光照和营养盐变化会影响浮游植物细胞内色素的沉着，表层叶绿素的含量并不能真实反映水体里初级生产力，这使得从卫星叶绿素信号解释初级生产力变得困难。
本研究以受独特的季风气候影响，并位于厄尔尼诺、印度洋偶极子（IOD）等特殊气象背景中的赤道东印度洋及孟加拉湾为研究对象，利用Carbon-based Production Model （CbPM）模型，基于多源卫星资料及物理背景场，参数化浮游植物的光适应和营养胁迫反应，推算了真光层内浮游植物生物量（碳）和叶绿素垂向分部（图1）。以此为基础着重分析了不同层化／混合环境下叶绿素垂向结构的季节和年际变化。
基于2003–2018年叶绿素的EOF时空分析结果，确定了研究区域的四个生物分区（图2a）。结合混合层、温跃层时间序列的分析，我们得出：斯里兰卡南部地区（zone1）由于季风影响下的沿海上升流，夏季表层和次表层叶绿素季节性增加最为显著；孟加拉湾西南部（zone2）由于风引起的辐散和对流混合，叶绿素在秋冬季也有增加的记录；赤道以南zone3，zone4则显示了较强层化作用下次表层叶绿素最强的信号以及IOD影响下的年际变化（图2c）。模型结果较好地捕捉到了斯里兰卡涡的垂向结构及季节演变（图2b）。
本研究利用EOF方法分析了物理环境场及叶绿素距平场，结果表明：风应力旋度、海表高度以及50米深度的叶绿素在赤道东印度洋地区和孟加拉湾斯里兰卡以南地区出现反位相振荡，并且这些振荡与IOD指数显著相关。当IOD为正时，风场引起的辐散作用沿赤道印度洋东岸显著增加，促进了Chl的增强；而孟加拉湾以及赤道以南，风辐散减弱，降低了这些区域的Chl。区别于叶绿素，孟加拉湾的浮游植物生物量（碳）在IOD期间变化显著， 而在赤道南印度洋变化较小。我们的发现表明在赤道南印度洋细胞色素的生理学响应是导致基于卫星观测的叶绿素年际变化的主要因素，而非由浮游植物生物量变化主导。
本研究基于CbPM模型和多源数据集，评估了特殊气象背景场下真光层叶绿素的季节及年际变化，更好地了解了驱动赤道东印度洋和孟加拉湾生物气候模式的物理过程，加深了我们对印度洋海洋动力-生态过程的耦合效应的认识，揭示了重新评估印度洋初级生产力和真光层碳循环过程的必要性。本研究可为研究“海上丝绸之路”的重要区域提供科技支撑。研究结果近期发表于Progress in Oceanography （论文见左下角“阅读原文”）。该工作得到国家自然科学基金“影响浮游植物水华物理因子的研究”（41606025）和“中尺度过程对海洋上层水体溶解有机物迁移和转化的影响”（41876074）的共同资助。
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