黑潮和亲潮交汇区，为什么促进了西北太平洋生物热点区？

如果你看过太平洋秋刀鱼渔场，一定会被密密麻麻的鱼群震撼，但为什么这片海域能养活这么多鱼？这些生物热点区域究竟是怎么形成的呢？区域的营养物质是怎么传送的？一项新的研究深入探讨了这些过程，揭示了营养物上升流的关键机制及其对海洋生物的影响。

黑潮和亲潮交汇区

黑潮是来自热带的暖流，就像一条“海洋高速公路”，携带温暖、高盐但营养贫乏的海水北上，而亲潮来自寒冷的北极海域，温度低、盐度低，但富含营养盐。在西北太平洋黑潮-亲潮交汇区，仅是北太平洋副热带环流和亚北极环流的交界处，更是全球气候变化的重要“预警区”，这一海域的环境变化往往早于北太平洋主要的气候突变。

黑潮和亲潮这两支强大的边界流到底是如何相互作用的呢？它们的交汇又形成了怎样的复杂流场呢？从表层到中层1200m，不同特性的水团如何形成、混合和演化呢？为了探究这些问题，研究基于1960-2001年长期的观测数据，分析了黑潮和亲潮相互作用的关系。

研究发现，黑潮和亲潮交汇区的亚北极锋面在呈现出约±1°的纬度变化，在20世纪60年代持续北移，70年代和80年代南移，90年代中期又开始北移，这些变化与冬季北太平洋指数的5年滑动平均显著相关。亲潮沿岸呈现强烈的季节性变化，3-4月最南可达38.8°N，而11月则向北退至41.2°N，迁移幅度达2.4°纬度，这种季节性迁移的机制尚不完全清楚。

黑潮延伸锋表现出年代际波动，在1950年代末、1970年代末和1990年代末北移，1960年代中期至1970年代中期以及1980年代中期至1990年代中期南移。

此外，北太平洋中层水在过去几十年出现了持续的淡化趋势。特别是在1990年代，鄂霍次克海中层水的位涡升高，盐度最低点的密度层下降。同时，溶解氧含量显著降低，营养盐浓度上升，这可能反映了鄂霍次克海源头水的形成速率下降。

在渔业资源方面，日本沙丁鱼资源量与黑潮延伸体冬季海表温度呈显著正相关，海表温度每升高1°C，幼鱼存活率增加15-20%。在亚北极锋南移1°纬度时，秋刀鱼渔场会向海侧偏移约50km。

图：黑潮-鄂霍次克海过渡区近地表流、锋面和水团结构的示意图🔽

EKC:东堪察加洋流，WSAG:西亚北极环流，ESC东沙卡林洋流，OY:鄂霍次克海，KE:黑潮延伸，TC:。对马暖流，SAF:亚北极锋面，SAB:亚北极边界，KBF:黑潮分又锋面，STF:亚热带锋面，MLF:混合层锋面，STMW:亚热带模式水，S-CMW:浅层中心模式水，D-CMW:密集中心模式水，DSW:密集陆架水，OSMW:鄂霍次克海模式水。黄色的圆圈表示暖核环，浅绿色的圆圈表示冷核环。

西北太平洋准静止急流

准静止急流是流经西北太平洋的主要洋流，其特点是准稳态，即呈现长期稳定的流动模式，源源不断地把温暖的亚热带海水送往寒冷的亚北极海域，这种急流在调节海洋营养物质的分布方面起着至关重要的作用。

2011-2022年间，研究团队通过在300米、500米、1000米深度连续一年的锚定海流计数据，及2010-2012年进行多次船载水文观测，发现，准静止急流表层暖水快速流动，而深层1000米处冷水流动缓慢。

准静止急流到底有多强呢？通过观测结果计算，准静止急流每年输送13.6~26.5 Sv（1 Sv=100万立方米/秒）的水体，相当于26条长江的水量！热量输送量为0.0745–0.173 PW（1PW=1000万亿瓦），相当于170万座核电站的功率！盐分输送为5.58–9.91×10^6 kg/s。

在时空分布上，准静止急流的流向在一年中保持稳定的东北方向，但存在微弱的季节性变化，其垂直结构与周围流场显著不同，表层较强。它的形成与维持可能与斜压罗斯贝波的传播和地形相互作用有关。理论模型表明，斜压罗斯贝波的特征曲线在海底隆起区域发生变形，导致上层水体厚度跳跃，从而形成急流。

移动路径方面存在年际变化，可能与风应力旋度和表面热通量的变化有关，例如，亚北极区域的正风应力旋度和亚热带区域的表面冷却可能导致路径南移。

黑潮和亲潮交汇区交汇上升流与生物热点

在西北太平洋的混合水区域是黑潮和亲潮交汇的地方，形成了复杂的海洋锋面系统，生物资源丰富。虽然该区域生产力极高，但具体是什么机制让营养盐从深海输送到透光层呢？研究团队通过在2009、2010、2017年进行了3次航次调查，发现，亲潮水会潜入黑潮延伸体准静止急流下方，在26.5–26.8 σθ密度层形成一个营养盐丰富的中层水。

通过数学模型计算，发现锋面交汇处存在强烈的上升流，最高流速达30米/天，将深层营养盐带到表层。而且这种上升流不是偶然发生的，而是洋流交汇的必然结果，当黑潮和亲潮相互挤压时，会产生一种非地转次级环流，也就是海水被迫上下运动，这个机制让营养盐持续不断地被输送到上层，维持了整个生态系统的运转。

硝酸盐和磷酸盐等物质为浮游植物提供养分，而浮游植物构成了海洋食物网的基础，是小鱼小虾的食物，小鱼小虾又会作为食物链上一级的食物。所以上升流营养物质输送的营养盐直接决定了渔场的丰度。

此外，黑潮与亲潮交汇两侧硝酸盐浓度梯度显著，在准静止急流的下游约600m处，由于持续的上升流，硝酸盐浓度比周围海域高出近4倍，浓度达到40μmol/kg，这解释了为什么渔场会集中在特定区域。

图： 盐度、 非地转流流函数和垂直速度与深度的关系🔽

( a ) 盐度、( b ) 非地转流流函数和 ( c ) 垂直速度（向上为正）与深度的关系。实线表示 σ θ，细线间隔为 0.1 ，粗线间隔为 0.5 kg m −3 。( b ) 和 ( c )中虚线间隔分别为 0.1 m 2 s −1和 10 md −1 。

❓思考题：以下哪项是西北太平洋渔场高产的关键原因？

A.海底火山喷发释放营养物质
B.黑潮与亲潮交汇引发上升流，输送深海营养盐
C.鱼类主动游到暖流区域产卵
D.太阳光直接加热深海促进浮游生物生长

最后，思考一下，气候变化将如何影响该地区的营养物上升流过程和生物生产力？营养物上升和生物生产力的长期趋势和变化是什么？不同海洋物种如何应对营养物质可用性和上升流动态的变化？与其他洋流的相互作用如何影响营养物上升和生物热点？

参考文献：Itsuka Yabe, Shin-ichi Ito, Shigeho Kakehi, Takeyoshi Nagai & Jun Nishioka ，Steady nutrient upwelling around a biological hotspot of the confluence between the quasi-stationary jet and the Oyashio in the western North Pacific. Scientific Reports volume 14, Article number: 17578 (2024) ，doi.s41598-024-68214-z