南海海氣CO2交換對(duì)兩個(gè)熱帶氣旋“風(fēng)泵”的不同響應(yīng)機(jī)理分析

孫慶楊, 林靜柔, 唐丹玲, 潘剛, 姜兆玉

南海海氣CO2交換對(duì)兩個(gè)熱帶氣旋“風(fēng)泵”的不同響應(yīng)機(jī)理分析

孫慶楊1,5, 林靜柔1,2,3,5, 唐丹玲2,3,6,*, 潘剛2,3, 姜兆玉4

1. 國(guó)家海洋局南海規(guī)劃與環(huán)境研究院, 廣州 510300 2. 中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所, 熱帶海洋環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣東省海洋遙感重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣州 510301 3. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049 4. 臨沂大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 臨沂 276000 5. 南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室(珠海), 珠海 519082 南方海洋科學(xué)與工程廣東省 ·實(shí)驗(yàn)室(廣州), 廣州 510301

利用實(shí)測(cè)和遙感數(shù)據(jù), 對(duì)比分析南海海氣二氧化碳(CO2)交換對(duì)2011年4月熱帶氣旋Tropical Depression One(TDO)和2013年9月熱帶氣旋Wutip(WU)的響應(yīng)及其機(jī)理。結(jié)果表明, 兩個(gè)熱帶氣旋過境的“風(fēng)泵”作用均對(duì)海氣CO2交換產(chǎn)生顯著影響: TDO和WU過境后, 海水表層CO2分壓(CO2,sw)分別增加42.56 μatm、30.88 μatm, TDO過境導(dǎo)致區(qū)域海洋由強(qiáng)碳匯(–4.7 ± 1.8) mmol·CO2·m–2·d–1變?yōu)槿跆荚?2.0 ± 3.1) mmol·CO2·m–2·d–1, 而WU過境使區(qū)域海洋由弱碳源(1.9 ± 1.0) mmol·CO2·m–2·d–1變?yōu)閺?qiáng)碳源(4.0 ± 1.6) mmol·CO2·m–2·d–1。CO2,sw的增加均由于次表層富含溶解無機(jī)碳(DIC)海水的入侵, 但是“風(fēng)泵”的作用機(jī)制不同: TDO過境強(qiáng)風(fēng)引起的艾克曼抽吸導(dǎo)致水體涌升作用顯著, 而WU過境導(dǎo)致的垂直混合作用強(qiáng)烈。“風(fēng)泵”的作用機(jī)制差異可歸因于熱帶氣旋過境前海水的初始狀態(tài)和過境時(shí)移動(dòng)速度不同: TDO過境前該海域存在冷渦, 強(qiáng)風(fēng)引起的艾克曼抽吸使次表層海水的向上涌升作用增強(qiáng); 而WU過境前存在暖渦, 強(qiáng)風(fēng)引起的艾克曼抽吸造成次表層海水與下沉的表層水垂直混合。TDO的移動(dòng)速度慢, 對(duì)海水的作用時(shí)間更長(zhǎng), 強(qiáng)風(fēng)引起的艾克曼抽吸作用更強(qiáng); 而WU移動(dòng)速度快, 短時(shí)間強(qiáng)風(fēng)過境造成的水體垂直混合效應(yīng)作用更顯著。

熱帶氣旋; 海氣CO2交換; 艾克曼抽吸; 垂直混合

0 前言

南海是全球受熱帶氣旋影響最嚴(yán)重的地區(qū)之一[1-3]。近年來, 熱帶氣旋對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響越來越引起海洋科學(xué)家們的重視[4-7]。熱帶氣旋過境帶來的“風(fēng)泵”作用會(huì)引起強(qiáng)烈的降溫[8,9]、增加浮游植物生長(zhǎng)[10,11], 提高生物有機(jī)碳在真光層的輸出[12,13]、增加浮游植物種群和漁業(yè)資源等[14,15]。海水表層二氧化碳分壓(CO2,sw)是海氣二氧化碳(CO2)交換的中間因子, 也是海洋碳從表層傳輸?shù)缴顚拥闹匾浇椤Ｑ芯勘砻? 熱帶氣旋過境引起的降溫[16-18]、降雨[19,20]、混合過程[21-23]以及所引起的浮游植物繁殖[21]對(duì)區(qū)域海洋以及全球大洋的海洋碳循環(huán)都有顯著影響。

目前的研究表明, 熱帶氣旋過境主要通過兩種“風(fēng)泵”機(jī)制影響區(qū)域海氣碳交換: (1)熱帶氣旋過境的降溫過程。Bates等人[17]研究發(fā)現(xiàn), 熱帶氣旋引發(fā)的4oC的降溫可導(dǎo)致區(qū)域海洋CO2,sw降低60 μatm。(2)熱帶氣旋過境的垂直混合擾動(dòng)。Nemoto等[24]則通過實(shí)測(cè)浮標(biāo)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)熱帶氣旋過境帶來的海水?dāng)_動(dòng)使底層富含溶解無機(jī)碳(DIC)的海水上升到表層, 造成CO2,sw升高達(dá)34 μatm。

然而熱帶氣旋影響海洋生態(tài)系統(tǒng)的方式并不是單一的, 通常情況下, 熱帶氣旋過境伴隨多個(gè)過程, 如降溫、強(qiáng)風(fēng)、降雨、水華等“風(fēng)泵”作用會(huì)共同影響該地區(qū)的海洋環(huán)境[9-11,19,26-28]。對(duì)CO2,sw和海氣CO2交換來說, 熱帶氣旋過境帶來的多個(gè)過程影響其變化的主控機(jī)理還尚未完全清楚。本研究利用實(shí)測(cè)采樣和遙感資料, 對(duì)南海海域CO2,sw和海氣CO2交換對(duì)兩個(gè)熱帶氣旋 Tropical Depression One(TDO)和Wutip(WU)過境的響應(yīng)進(jìn)行了對(duì)比分析, 探討熱帶氣旋過境所引發(fā)的多個(gè)物理過程對(duì)區(qū)域海洋碳交換的影響, 以及影響海氣CO2交換的控制機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 熱帶氣旋資料

熱帶氣旋中心位置、最大持續(xù)風(fēng)速、路徑等信息選用Joint Typhoon Warning Center (JTWC)發(fā)布的數(shù)據(jù)。

TDO于2011年4月1日00UTC在南海海域111.8oE, 8.9oN生成(圖1), 隨后向西北方向移動(dòng), 在112.1oE, 8.8oN轉(zhuǎn)向西南方向, 于2011年4月3日18 UTC在112.5oE, 8.7oN消失, 平均風(fēng)速11.02 m·s-1, 平均移動(dòng)速度[28,29]1.23 m·s-1, 屬于強(qiáng)度弱、移動(dòng)速度慢的熱帶氣旋。WU于2013年9月26日18 UTC在南海海域117oE, 15oN生成(圖1), 隨后一直向西方向移動(dòng), 于2013年9月30日12 UTC在105.9oE, 17.8oN消失, 平均風(fēng)速32.47 m·s-1, 平均移動(dòng)速度4.36 m·s-1, 強(qiáng)度和移動(dòng)速度均比TDO高。

1.2 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

船只采樣數(shù)據(jù)分別于TDO過境2天后、WU過境前1天和過境2天后獲得。

圖1 TDO和WU在南海的路徑及采樣點(diǎn)信息

Figure 1 The track information of TDO and WU in the South China Sea, and locations of ship-measured datasets in the study

CO2,sw是由國(guó)際通用的標(biāo)準(zhǔn)8050CO2海水二氧化碳自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)量獲得。海水表層及剖面的溫鹽數(shù)據(jù)由海鳥溫鹽探測(cè)儀測(cè)量獲得, 海表層的葉綠素a(Chla)、pH和溶解氧 (DO)數(shù)據(jù)由YSI 6600多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀獲得。剖面流場(chǎng)數(shù)據(jù)由聲學(xué)多普勒流速剖面儀測(cè)得。

2013年的Argo浮標(biāo)(編號(hào)2901436和5902163, 過境前: 2013/9/22 15:30 111.258oE 18.059oN, 2013/9/29 15:02 112.252oE 17.67oN; 過境后: 2013/9/30 15:04 111.01oE 17.723oN, 2013/10/1 15:02 112.148oE 17.766oN, www.argodatamgt.org/)用于輔助分析WU過境前后的溫鹽剖面數(shù)據(jù)變化。

1.3 遙感數(shù)據(jù)

海表溫度()采用熱帶降雨測(cè)量衛(wèi)星TRMM上搭載的Microwave Imager(TMI)和先進(jìn)的微波掃描輻射計(jì)(AMSR)融合后的四級(jí)(L4)數(shù)據(jù), 空間分辨率為1 km, 時(shí)間分辨率為1天(升軌和降軌融合, http://www.remss.com/)。

海面風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)采用衛(wèi)星Advanced Scatterometer (Ascat)的海表面風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù), 融合了每日獲取的升軌和降軌兩次數(shù)據(jù),空間分辨率為0.25°×0.25°, 時(shí)間分辨率為1天(ftp://ftp.ifremer.fr/ifremer/cersat/products/ gridded/MWF/L3/ASCAT/)。

降雨量(Rainfall)采用熱帶降雨測(cè)量衛(wèi)星TRMM (Tropical Rainfall Measuring Mission)上搭載的降水雷達(dá)獲得數(shù)據(jù), 時(shí)間分辨率為1 天, 空間分辨率為0.25°×0.25°。

海面高度異常數(shù)據(jù)(SLA)采用TOPEX/Poseidon、Jason1和ERS1/2等高度計(jì)數(shù)據(jù)的融合產(chǎn)品, 時(shí)間分辨率1天, 空間分辨率為1/3°×1/3° (http://www. aviso.oceanobs.com/)。

2 結(jié)果與分析

2.1 熱帶氣旋過境引起海氣CO2交換增加

實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)(圖2)顯示, 兩個(gè)熱帶氣旋過境均有“風(fēng)泵”效應(yīng), 引起區(qū)域海表層溫度降低、鹽度(SSS)升高、CO2,sw升高, 區(qū)域海氣CO2通量(F)也有較大增加。TDO過境后, 與未受TDO影響的周圍海域(4oN—16oN范圍海域, 經(jīng)驗(yàn)證與正常南海春季海水特性[25,30]相近)相比, SST(圖2a3)降低最大達(dá)1.66oC, 海表鹽度(圖2a4)升高最高1.25 psu,CO2,sw(圖2a2)升高最大達(dá)26.07 μatm, 區(qū)域海洋由一個(gè)強(qiáng)碳匯(-4.7 ± 1.8)mmol·CO2·m–2·d–1變?yōu)橐粋€(gè)弱碳源(2.0 ± 3.1) mmol·CO2·m–2·d–1。WU過境后, 與過境前相比, SST(圖2b3)降低最大為2.71oC, SSS(圖2b4)升高最高0.66 psu,CO2,sw(圖2b2)升高達(dá)30.88 μatm, 區(qū)域海洋由一個(gè)弱碳源(1.9 ± 1.0) mmol·CO2·m–2·d–1變?yōu)橐粋€(gè)強(qiáng)碳源(4.0 ± 1.6) mmol·CO2·m–2·d–1。

2.2 熱帶氣旋過境引起海水垂直剖面變化

溫鹽剖面數(shù)據(jù)(圖3a)顯示, TDO過境后混合層深度(MLD)在10.6oN附近最淺, 約為25 m, 其余海域平均MLD為36 m。9.5oN至10.7oN的海域(圖3a虛線內(nèi)區(qū)域)存在十分明顯的等溫線上涌的現(xiàn)象, 25oC等溫線從周圍的30 m水深涌升至表層。流場(chǎng)剖面(圖3b)顯示相同結(jié)果, 10.2oN附近存在非常明顯的逆時(shí)針流場(chǎng), 即海水涌升現(xiàn)象。

由于WU過境前后, 未進(jìn)行系統(tǒng)的剖面溫鹽數(shù)據(jù)采集, 因此本研究采用Argo數(shù)據(jù)進(jìn)行輔助分析。Argo數(shù)據(jù)顯示出較明顯的MLD加深現(xiàn)象: 112.2oE (圖4a)附近的MLD從28 m增加至50 m; 111.0oE(圖4b)附近MLD從19 m增加至37 m。

2.3 遙感數(shù)據(jù)觀測(cè)熱帶氣旋前后風(fēng)場(chǎng)、降雨、SST 及SLA 變化

遙感數(shù)據(jù)顯示, TDO和WU過境時(shí)伴隨著較強(qiáng)的海面風(fēng)場(chǎng)、降雨、降溫現(xiàn)象。與TDO過境前一周相比, 海表風(fēng)速(圖5a1)在4月2日達(dá)到最大值11.7 m·s-1, 艾克曼抽吸速率(EPV)也達(dá)到了最大的6×10-5m·s-1, 降雨量(圖5b1)最大出現(xiàn)在4月3日, 達(dá)到105 mm·d-1, 降溫(圖5c1-)最大為3.15oC, 發(fā)生在4月4日和5日(船只采樣的時(shí)間), 最大降溫中心地點(diǎn)出現(xiàn)在110.25° E, 10° N。同時(shí), 海平面高度異常數(shù)據(jù)(圖5d1-)顯示, TDO過境前該海域存在一個(gè)冷渦, TDO過境使其強(qiáng)度不斷增強(qiáng), 海平面高度異常(SLA)最大值出現(xiàn)在TDO過境5天后, 最大為-16cm。

圖2 TDO過境后(a1)F, (a2)pCO2,sw, (a3)SST, (a4)SSS的空間分布; (b)WU過境前后(b1)F, (b2)pCO2,sw, (b3)SST, (b4)SSS變化對(duì)比。

Figure 2 The distribution of (a1)F, (a2)CO2,sw, (a3)SST, (a4)SSS after TDO;variations of (b1)F, (b2)CO2,sw, (b3)SST, (b4)SSS before and after WU.

圖3 TDO過境后溫躍層(a)和流場(chǎng)(b)剖面數(shù)據(jù)隨緯度變化示意圖, 藍(lán)色線為MLD, 黑色虛線為涌升范圍和位置

Figure 3 Variations in (a) depths of isotherms, and (b) currents with depth as a function of latitude, and the blue line indicates MLD, and the dark dash line indicates the upwelling

圖4 WU過境前后(a)112.2o E和(b)111.0o E附近 Argo溫鹽剖面的變化

Figure 4 Variations of temperature-salinity profiles before and after WU passage from Argo at (a) 112.2oE and(b)111.0oE.

圖5 TDO和WU過境前一周、過境期間和過境后一周遙感平均(a)海面風(fēng)場(chǎng)和EPV、(b)降雨、(c)海表溫度和(d)海平面高度異常變化。

Figure 5 Variation of (a) surface wind vector and Ekman pumping velocity (EPV), (b) rainfall, (c) SST and (d) SLA 1week before, during, 1 week the passage of TDO and WU.

與前一周數(shù)據(jù)相比, WU過境后海表風(fēng)速(圖5a2-)最大為33.2 m·s-1, 發(fā)生在2013年9月27日和9月28日兩天, EPV高達(dá)4.2×10-4m·s-1; 降雨量(圖5b2-)最大出現(xiàn)在2013年9月29日, 為334 mm·d-1; 降溫(圖5c2-)最大出現(xiàn)在WU過境后第三天, 于17.53oN, 111.23oE觀測(cè)到最大降溫值, 為26.1oC, 相比于過境前的溫度(平均為29.5oC)降低了3.4oC。SLA數(shù)據(jù)(圖5d2-)顯示, 與TDO不同, WU過境前海域存在一個(gè)較強(qiáng)的暖渦, 該暖渦從9月14日開始形成, 渦旋最大值(-4 cm)出現(xiàn)在10月3日。

3 討論

3.1 熱帶氣旋過境引起pCO2,sw和F變化原因分析

3.1.1 降溫和降雨不是導(dǎo)致CO2,sw和F變化的原因

實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示, 受TDO過境影響, 區(qū)域CO2,sw和F分別增加42.56 μatm、6.7 mmol·CO2·m–2·d–1, 區(qū)域海表溫度與周圍相比降低最大1.66oC; WU過境后CO2, sw升高(最大達(dá)30.88 μatm)、增加(2.1mmol·CO2·m–2·d–1), 溫度降低(最大達(dá)2.71oC)。從遙感數(shù)據(jù)也可以看出, TDO和WU過境伴隨著強(qiáng)降溫和降雨現(xiàn)象, 溫度降低最大分別為3.15oC和3.4oC, 日降雨量最大為105和334 mm·d-1。

與Bates等人[17]的結(jié)果不同, TDO和WU過境均導(dǎo)致區(qū)域CO2,sw和F升高。由于CO2,sw和SST的變化呈正相關(guān)關(guān)系[31,32], 溫度降低1℃, 海水表層CO2,sw會(huì)降低4.23%, 因此本研究中TDO和WU過境帶來的降溫不是造成CO2,sw和F升高的原因。

由于雨水的總堿度和溶解無機(jī)碳遠(yuǎn)小于表層海水[33,34], 其與表層海水的混合會(huì)稀釋CO2,sw從而導(dǎo)致其降低, 強(qiáng)降雨帶來的化學(xué)溶解可能會(huì)導(dǎo)致CO2,sw降低可達(dá)30uatm[20]。鑒于本研究中TDO和WU過境后區(qū)域CO2,sw和F升高的結(jié)果, 降雨也不是造成CO2,sw和F升高的原因。

3.1.2 TDO過境的引起的次表層水涌升是導(dǎo)致CO2,sw和F升高的主要原因

實(shí)測(cè)海水垂直剖面觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示, TDO過境后區(qū)域海洋存在明顯的混合層抬升和海水涌升現(xiàn)象。混合層的抬升主要由艾克曼抽吸作用導(dǎo)致: 遙感風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)顯示, TDO過境伴隨的強(qiáng)風(fēng)導(dǎo)致EPV最高可達(dá)6×10?5m·s-1。而船只數(shù)據(jù)采集于TDO過境2天后, 因此估計(jì), 艾克曼抽吸作用會(huì)使得海水抬升10.4 m(2×24×3600×6×10?5), 這與觀測(cè)到的受TDO影響內(nèi)的MLD與周圍海域的差值基本吻合(11 m)。

因此, TDO過境后CO2,sw升高, 主要是由于強(qiáng)風(fēng)帶來的強(qiáng)艾克曼抽吸作用導(dǎo)致富含DIC的次表層水涌升至表層, 而造成了表層CO2,sw升高。同時(shí)也使區(qū)域碳通量屬性發(fā)生變化, 由局部短時(shí)的強(qiáng)碳匯(-4.7 ± 1.8)mmol·CO2·m–2·d–1變?yōu)橐粋€(gè)弱碳源(2.0 ± 3.1)mmol·CO2·m–2·d–1而形成正的海氣CO2通量, 即海洋向大氣排放CO2。

3.1.3 WU過境引起的水體垂直混合作用是導(dǎo)致CO2,sw和F升高的主要原因

WU過境后, 表層海水鹽度升高(最大達(dá)0.66psu)、CO2, sw升高(最大達(dá)30.88 μatm)、增加(2.1mmol·CO2·m–2·d–1)、溫度降低(最大降溫2.71oC), MLD有較大的增加(112.5oN附近增加達(dá)30米)。遙感數(shù)據(jù)顯示, 該區(qū)域受WU過境影響顯著。MLD增加說明該區(qū)域存在較大程度的海水混合作用, 而次表層富含DIC的海水與表層水混合, 應(yīng)是導(dǎo)致表層海水CO2,sw升高的主因。

因此, 與TDO影響機(jī)制不同, WU過境造成的海水垂直混合是導(dǎo)致CO2,sw升高的主因, 同時(shí)由于海表層CO2增加, F增加, 區(qū)域海水的碳源屬性顯著增強(qiáng)。

3.2 熱帶氣旋對(duì)海氣CO2交換的不同控制機(jī)理原因

TDO和WU過境均造成CO2, sw和F的增加, 但控制機(jī)理不同: TDO主要是強(qiáng)風(fēng)引起的艾克曼抽吸導(dǎo)致次表層水涌升, 而WU主要是強(qiáng)風(fēng)導(dǎo)致表層和次表層水的垂直混合。

導(dǎo)致不同影響機(jī)理的主要原因分析如下:

(1)區(qū)域海洋的海水初始狀態(tài)不同

遙感影像顯示, TDO過境前海域存在一個(gè)冷渦, 受TDO過境影響, 該渦旋的強(qiáng)度、移動(dòng)速度均明顯增強(qiáng)。由于冷渦為氣旋式旋渦, 中心海水自下而上運(yùn)動(dòng), 將下層冷水帶到上層較暖的水中[9], 因此冷渦導(dǎo)致的次表層水的向上運(yùn)動(dòng)也促進(jìn)了CO2,sw升高; 而WU過境前后海域存在一個(gè)較強(qiáng)的暖渦, 即反氣旋式渦旋, 海水自上而下運(yùn)動(dòng), 攜帶上層的暖水進(jìn)入下層冷水中[35,36]。WU過境時(shí), 強(qiáng)風(fēng)引起的艾克曼抽吸與暖渦的海水向下運(yùn)動(dòng)結(jié)合, 造成次表層海水與表層海水的混合, 從而導(dǎo)致CO2,sw和F升高。

(2)熱帶氣旋移動(dòng)速度不同

TDO的平均移動(dòng)速度為1.23 m·s-1, 最高為1.5 m·s-1,屬于較慢移動(dòng)的熱帶氣旋[28], 而WU的平均移動(dòng)速度為4.36 m·s-1, 最高達(dá)8 m·s-1, 移動(dòng)速度比TDO快, 屬于移動(dòng)速度中等的熱帶氣旋。由于TDO的移動(dòng)速度較慢, 海面風(fēng)場(chǎng)對(duì)海水的作用時(shí)間較長(zhǎng), 且在9.5oN,111.75oE附近有一個(gè)轉(zhuǎn)向過程, 因此更長(zhǎng)的作用時(shí)間使得風(fēng)的泵吸作用更強(qiáng)[23,35], 艾克曼抽吸引起的海水涌升對(duì)CO2交換作用更加明顯; 而WU雖然強(qiáng)度、風(fēng)速更大, 但其移動(dòng)速度快, 對(duì)區(qū)域海洋的作用時(shí)間短, 對(duì)區(qū)域海洋的影響主要是短時(shí)間強(qiáng)風(fēng)過境造成的水體垂直混合[22,37], 因此, 表層水與底層水的混合影響對(duì)海氣CO2交換更加明顯。

4 結(jié)論

(1)熱帶氣旋TDO和WU過境均造成顯著的CO2,sw和F升高, TDO過境甚至導(dǎo)致區(qū)域海洋碳匯屬性在一定時(shí)間段變?yōu)樘荚础?/p>

(2)TDO和WU過境影響海氣CO2交換的“風(fēng)泵”機(jī)理不同。TDO過境的引起的次表層水涌升、WU過境引起的水體垂直混合作用是導(dǎo)致造成CO2,sw和F升高的主因。

(3)兩個(gè)熱帶氣旋“風(fēng)泵”效應(yīng)機(jī)理不同, 主要原因一是熱帶氣旋過境前海水的初始狀態(tài)存在差異, 二是熱帶氣旋的移動(dòng)速度不同。

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Different mechanisms of air-sea CO2exchange responding to “Wind Pump” effects of two tropical cyclones in South China Sea

SUN Qingyang1,5, LIN Jingrou1,2,3,5, TANG Danling2,3,6,*, PAN Gang2,3, JIANG Zhaoyu4

1.South China Sea Institute of Planning and Environmental Research, State Oceanic Administration, Guangzhou 510300, China 2. State Key Laboratory of Tropical Oceanography, Guangdong Key Laboratory of Ocean Remote Sensing, South China Sea Institute of Oceanology, Guangzhou 510301, China 3. Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China 4. College of Life Science, Linyi University, Linyi 276000, China 5. Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory(Zhuhai), Zhuhai, Guangdong 519082, China 6. Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory (Guangzhou), Guangzhou 510301, China

The mechanisms of air-sea carbon dioxide (CO2) exchange responding to Tropical Depression One (TDO) and Wutip (WU) in South China Sea, were studied in the research using both ship measured and satellite data. Results indicated that CO2fluxes (F) were significantly enhanced by the effect of “wind pump” after the two tropical cyclones. The partial pressure of CO2in sea surface (CO2,sw) increased by 42.56 μatm and 30.88 μatm after the passage of TDO and WU, respectively. The regional ocean changed from a strong carbon sink (-4.7 ± 1.8) mmol·CO2·m–2·d–1to a weak carbon source (2.0 ± 3.1) mmol·CO2·m–2·d–1due to the passage of TDO, while a weak carbon source (1.9 ± 1.0)mmol·CO2·m–2·d–1was changed to a strong carbon source (4.0 ± 1.6) mmol·CO2·m–2·d–1due to the passage of WU. The increase ofCO2,swdue to both tropical cyclone events were consequently from the infusion of deeper subsurface waters, which were rich in dissolved inorganic carbon. However, the mechanisms of “Wind Pump” effects were apparently different, by which a water upwelling process was driven by an Ekman pumping caused by TDO, whereas a strong vertical mixing was driven by strong winds caused by WU, respectively. Such difference was attributed to the difference of the initial oceanographic condition states and the transition speeds of those two tropical cyclones. On the aspect of initial oceanographic conditions, a pre-existed cold eddy before the passage of TDO enhanced the strong Ekman pumping causing upwelling, whereas a pre-existed warm eddy before the passage of WU made a vertical mixing. For the aspect of translation speed, the low translation speed of TDO was slow so that the interaction time was long and leading to a strong Ekman pumping, whereas the speed of WU was fast so that vertical mixing was more significant due to a short-term strong wind transition.

Tropical cyclone; CO2exchange; Ekman pumping; Vertical mixing

10.14108/j.cnki.1008-8873.2020.03.002

S157.2

A

1008-8873(2020)03-009-08

2019-07-03;

2020-04-08

國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(41430968); 國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金(41506127); 廣東省基金(2019BT2H594, GML2019ZD0602); 中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所熱帶海洋環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題(LTO1604); 廣東省海洋遙感重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題(2017B030301005-LORS1805, 2017B030301005-LORS1807); 中國(guó)-東盟海上合作基金: 全球變化背景下南中國(guó)海近海生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)與保護(hù)管理示范

孫慶楊(1987—), 男, 山東肥城人, 博士, 主要從事海洋生態(tài)遙感研究, E-mail: sun_qyang@163.com

唐丹玲, 女, 研究員, 主要從事海洋生態(tài)與海洋遙感研究, E-mail: lingzistdl@126.com

孫慶楊, 林靜柔, 唐丹玲, 等. 南海海氣CO2交換對(duì)兩個(gè)熱帶氣旋“風(fēng)泵”的不同響應(yīng)機(jī)理分析[J]. 生態(tài)科學(xué), 2020, 39(3): 9–16.

SUN Qingyang, LIN Jingrou, TANG Danling, et al. Different mechanisms of air-sea CO2exchange respond to “Wind Pump” effect of two tropical cyclones[J]. Ecological Science, 2020, 39(3): 9–16.