【摘要】：北極氣旋作為北極常見的天氣系統(tǒng),平均每年發(fā)生281場。近年來夏季北極氣旋強(qiáng)度呈現(xiàn)增強(qiáng)的趨勢,而高強(qiáng)度的北極氣旋往往會給北極生態(tài)系統(tǒng)帶來災(zāi)害性影響。氣旋會造成海洋生態(tài)環(huán)境的變化,夏季變化明顯。浮游植物生物量以及海表溫度(SST)的異常均會破壞敏感脆弱的北極生態(tài)系統(tǒng),對北極海洋生物甚至環(huán)北極國家的人民造成威脅。因此研究夏季北極氣旋影響下北極海洋生態(tài)環(huán)境的變化對極地生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和海洋災(zāi)害防治具有重要意義,同時也能對開展北極碳通量、北極海洋酸化等研究提供支持。為了得到海洋生態(tài)環(huán)境對夏季北極氣旋的響應(yīng)特征,本文首先基于1982-2017年美國雪冰數(shù)據(jù)中心海冰密集度(SIC)產(chǎn)品和NOAA的最優(yōu)插值海表溫度V2(OI.v2SST)產(chǎn)品以及2003-2017年NASA MODIS葉綠素a(Chl-a)濃度產(chǎn)品,評估了北極及其分區(qū)開闊水域(開闊水域面積和開闊水域季節(jié)長度)、Chl-a濃度和SST的年際和季節(jié)變化趨勢,得到海洋生態(tài)環(huán)境的變化特征;其次根據(jù)海洋生態(tài)環(huán)境變化特征的分析結(jié)果選擇變化明顯的區(qū)域進(jìn)行了氣旋案例分析,得到特殊氣旋影響下,Chl-a濃度和SST的響應(yīng)特征,并具體分析了其變化的原因;最后根據(jù)夏季超大氣旋的發(fā)生頻率選擇三個典型海域統(tǒng)計了多場氣旋后的海冰(海冰密集度和海冰面積)、Chl-a濃度和SST的變化,得到不同海域海洋生態(tài)環(huán)境響應(yīng)的共性和特性,并分析了影響海洋生態(tài)環(huán)境響應(yīng)的因子。海洋環(huán)境參數(shù)長時間序列變化特征:北極及其分區(qū)開闊水域面積、開闊水域季節(jié)長度和SST呈現(xiàn)增長的趨勢。格陵蘭海的開闊水域季節(jié)長度變化速度最大,其次是喀拉海和巴倫支海,然后是北冰洋核心區(qū)。北極Chl-a濃度呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢;喀拉海和巴倫支海的Chl-a濃度在北極分區(qū)中最高,且其增加趨勢明顯。北極及其分區(qū)開闊水域面積和開闊水域季節(jié)長度與SST均呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系,SST對開闊水域的影響與緯度密切相關(guān)。北極絕大部分海域Chl-a濃度與開闊水域無顯著相關(guān)性,這可能是由于各海區(qū)Chl-a濃度變化主要受其它因子影響(營養(yǎng)鹽和光照等)。氣旋案例分析:基于歐空局的8日融合Chl-a濃度產(chǎn)品和NOAA每日最優(yōu)插值海表溫度(OISST)產(chǎn)品研究了發(fā)生在喀拉海、格陵蘭海的兩場氣旋對Chl-a濃度和SST的影響。結(jié)果表明氣旋過境,造成Chl-a濃度的增加和SST的下降。Chl-a濃度和SST的變化主要是由于氣旋過境,風(fēng)應(yīng)力壓迫增強(qiáng),海水垂直混合劇烈;卷吸作用以及上升流作用增強(qiáng),造成下層富含營養(yǎng)鹽的海水到達(dá)表層,從而導(dǎo)致Chl-a濃度和SST短時間內(nèi)劇烈變化。近岸Chl-a濃度和SST變化量大于陸架和深海區(qū),主要和降水、徑流變化有關(guān)。長時間序列典型海域海洋生態(tài)環(huán)境對氣旋的響應(yīng)特征:利用歐洲中期天氣預(yù)報中心的再分析數(shù)據(jù)計算了夏季北極超大氣旋發(fā)生的次數(shù),得到發(fā)生在格陵蘭海、喀拉海和巴倫支海、北冰洋核心區(qū)的氣旋個數(shù)占據(jù)了氣旋總和的82%。氣旋過境,三個海域的Chl-a濃度增加,喀拉海和巴倫支海、格陵蘭海的SST下降,北冰洋核心區(qū)的SST升高。格陵蘭海、北冰洋核心區(qū)Chl-a濃度增量與初始Chl-a濃度有顯著的相關(guān)關(guān)系,北冰洋核心區(qū)的SST變化受初始混合層深度、初始SST和初始SIC影響。提出用SIC響應(yīng)度和海冰面積響應(yīng)度來量化氣旋對海冰減小的影響,數(shù)值越大,氣旋對海冰的減少作用越大。本文的主要創(chuàng)新點(diǎn)為:獲得了長時間序列的北極海洋生態(tài)環(huán)境參數(shù)的變化特征;得到了海洋生態(tài)環(huán)境變化劇烈的區(qū)域不同強(qiáng)度的兩場氣旋對海洋生態(tài)環(huán)境的影響并解釋了其影響機(jī)制;再此基礎(chǔ)上得到不同海域長時間序列海洋生態(tài)環(huán)境對氣旋的響應(yīng)特征,并量化了北極氣旋對海冰的影響。以上工作為進(jìn)一步量化北極氣旋對海洋生態(tài)環(huán)境的影響研究奠定基礎(chǔ),為海洋生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性評估做出貢獻(xiàn)。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：P444;X145
【圖文】：

北部的加拿大群島海域、加拿大東部被大陸和島嶼包圍的哈得孫灣、加拿大東側(cè)逡逑的圣勞倫斯灣、加拿大東側(cè)格陵蘭島西側(cè)的巴芬灣／拉布拉多海、大西洋西側(cè)格逡逑陵蘭島東側(cè)的格陵蘭海、歐洲北部的喀拉海和巴倫支海（圖２－１邋（ａ））。由于本文逡逑的研究目的之一是探究北極氣旋對于北冰洋及其邊緣海的海洋生態(tài)環(huán)境影響，需逡逑要區(qū)分出淺海和深海不同的響應(yīng)方式，故采用Ｃａｖａｌｉｅｒｉ和Ｐａｒｋｉｎｓｏｎ的方法。北逡逑極氣旋一般發(fā)生在６０°Ｎ以北（圖２－丨（ｂ）），故只統(tǒng)計了邋６０°Ｎ以北海區(qū)發(fā)生的逡逑氣旋數(shù)量，鄂霍次克海和日本海以及圣勞倫斯灣由于位于６０°Ｎ以南，數(shù)量記為逡逑０。九個分區(qū)以及氣旋統(tǒng)計研宄區(qū)域示意圖如下。逡逑７逡逑

１９８２邋１９Ｓ４邋１９８６邋１９８８邋１９９０邋１９９：邋１９９４邋１９９６邋１９９８邋２０００邋２００２邋２００４邋２００６邋２００８邋２０１０邋２０１２邋３０１４邋２０１６逡逑年逡逑圖３－２．九個海區(qū)開闊水域面積變化逡逑Ｆｉｇ．３－２．邋Ｔｈｅ邋ａｖｅｒａｇｅ邋ａｎｎｕａｌ邋ｃｈａｎｇｅ邋ｏｆ邋ｏｐｅｎ邋ｗａｔｅｒ邋ａｒｅａ邋ｉｎ邋ｎｉｎｅ邋ｐａｒｔｉｔｉｏｎｓ逡逑１６逡逑

年邐年逡逑圖３－１．邋（ａ）北極開闊水域面積變化及斜率分段和（ｂ）^u闊水域面積距平逡逑Ｆｉｇ．３－１．邋（ａ）邋Ｔｈｅ邋ａｖｅｒａｇｅ邋ａｎｎｕａｌ邋ｃｈａｎｇｅ邋ｏｆ邋ｏｐｅｎ邋ｗａｔｅｒ邋ａｒｅａ邋ｓｕｂ－ｐａｒａｇｒａｐｈ邋ｏｆ邋ｉｔｓ邋ｓｌｏｐｅｓ邋ｉｎ邋ｔｈｅ逡逑Ａｒｃｔｉｃ邋ａｎｄ邋（ｂ）邋ａｖｅｒａｇｅ邋ａｎｎｕａｌ邋ａｎｏｍａｌｙ邋ｖａｒｉａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｏｐｅｎ邋ｗａｔｅｒ邋ａｒｅａ逡逑３．５邋邐逡逑圣勞倫斯灣邐一＾—巴芬灣／拉布拉多海一—哈得孫灣逡逑３0邋—？—格唼蘭海邐喀拉海和巴倫支海一？一

本文編號：2785420