沿岸滞波和潮汐混合的影响，如何驱动海洋初级生产力

波浪和潮汐混合如何驱动沿海上升流系统

大西洋和太平洋东缘的大型沿海上升流系统是世界海洋中生物生产力和生物多样性最丰富的区域之一。通常，此类系统中上升流的强度和时间与盛行风有关。有趣的是，在一些热带地区，即使上升流有利风较弱，生产力水平也很高。

亥姆霍兹基尔海洋研究中心（GEOMAR）研究人员目前已经调查了驱动安哥拉沿海上升流的物理机制。他们发现，沿海受困波和陆架上增强的混合作用共同控制着该系统的生产力。可能有助于预测季节性生产力高峰的强度。

安哥拉沿岸上升流区的生产力表现出强烈的季节性波动，主要的上升流季节发生在南半球冬季，即 7 月至 9 月。在此期间，安哥拉沿海水域的初级生产力非常高，因此捕鱼量也很大。

海洋内部的波浪对生产力起着至关重要的作用，导致寒冷、富含营养的水在季节时间尺度上上下移动。这些波浪不是在安哥拉海岸附近产生的，而是起源于赤道。在那里，季节性风的波动形成了沿着赤道向东传播的波浪。一旦它们到达赤道大西洋的东部边界，就会激发沿海陷落波，这些陷落波沿着非洲海岸向极地传播。在途中，这些沿海受困波将富含营养的水输送到安哥拉大陆架。大陆架强烈的潮汐混合将营养物质带到海面，从而引发浮游植物的大量繁殖。这些浮游生物的繁殖每年都会有所不同，这取决于沿海波浪的强度和到达时间。

简而言之，这篇研究成果主要研究了安哥拉沿岸上升流系统中的初级生产力。研究发现，沿岸滞波和潮汐混合是控制该区域初级生产力的两个关键因素。这表明，海洋动力过程对海洋生态系统，尤其是初级生产力有着重要的影响。

参考文献：Mareike Körner, Peter Brandt, Serena Illig, Marcus Dengler, Ajit Subramaniam, Marie-Lou Bachèlery, Gerd Krahmann. Coastal trapped waves and tidal mixing control primary production in the tropical Angolan upwelling system. Science Advances, 2024; 10 (4) DOI: 10.1126/sciadv.adj6686

一、什么是初级生产力？

初级生产力，简单来说，就是植物通过光合作用把太阳能转化为有机物的能力。在海洋中，初级生产力的主要贡献者是浮游植物。它们利用阳光、水和二氧化碳，合成有机物，为海洋食物链提供最基础的能量来源。

为什么初级生产力对海洋生态系统如此重要？因为初级生产力是食物链的基础，浮游植物是海洋食物链的第一级生产者。它们被小型浮游动物摄食，小型浮游动物又被更大的动物摄食，以此类推，形成复杂的海洋食物网。如果没有初级生产力，整个海洋食物链就会崩溃。海洋通过初级生产力吸收大气中的二氧化碳，并将其固定在有机物中。这对于调节全球气候，减缓温室效应具有重要意义。海洋中的浮游植物为地球提供了大量的氧气。初级生产力的变化可以反映海洋生态系统的健康状况。例如，初级生产力的下降可能预示着海洋污染、过度捕捞等问题。

我们可以把海洋生态系统想象成一个巨大的金字塔。初级生产者（浮游植物）处于金字塔的底层，为整个生态系统提供能量。如果金字塔的底座不稳，整个金字塔就会坍塌。

初级生产力是海洋生态系统的心脏。它不仅为海洋生物提供食物和能量，还参与全球碳循环和氧气循环，对地球的生态平衡起着至关重要的作用。

二、什么是沿岸滞波和潮汐混合？

什么是沿岸滞波和潮汐混合？沿岸滞波是指沿着海岸线传播的波动，它通常由风、潮汐或密度差异引起。这些波浪在传播过程中会携带能量，并对沿岸海域的水体产生搅拌作用。潮汐混合是指由于潮汐引起的周期性水位升降和水平流动，导致海水上下翻腾和水平混合的过程。潮汐混合能够将深层的海水带到海面，从而将营养物质输送到光合作用活跃的表层水体。

它们是如何影响初级生产力的？沿岸滞波和潮汐混合是影响海洋初级生产力的重要物理过程。它们通过营养盐输送、光照条件改善、悬浮颗粒物输送等方式，对浮游植物的生长繁殖产生直接或间接的影响。

1、营养盐的输送：

• 沿岸滞波：沿岸滞波可以将海底沉积物中的营养物质搅动起来，并将其输送到表层水体中。
• 潮汐混合：潮汐混合能够将深海的营养盐输送到表层水体，为浮游植物提供充足的营养。

2、光照条件的改善：

• 沿岸滞波：沿岸滞波可以将表层水体混合均匀，减少分层现象，从而增加光照到达深度，有利于浮游植物的光合作用。
• 潮汐混合：潮汐混合也能起到类似的作用，改善水体的垂直混合，增加光照条件。

3、悬浮颗粒物的输送：

• 沿岸滞波和潮汐混合都可以增加水体中的悬浮颗粒物浓度。一方面，悬浮颗粒物可以为浮游生物提供附着面，有利于其生长；另一方面，过高的悬浮颗粒物浓度也会阻碍光线的穿透，对初级生产力产生负面影响。

4、水体稳定性的影响：

• 沿岸滞波和潮汐混合可以改变水体的稳定性。较强的混合作用会降低水体的稳定性，这可能有利于浮游植物的生长，但也可能导致浮游植物被带离光照充足的表层水体。

沿岸滞波和潮汐混合是影响海洋初级生产力的两个重要物理过程。不同类型的沿岸滞波和潮汐混合，由于其能量强度、频率、空间尺度等特征的差异，对初级生产力的影响也存在显著差异。

1、波浪类型：

• 内波：内波通常发生在密度分层较强的海域，其能量主要集中在密度跃层附近，对表层水体的混合作用相对较弱。因此，内波对初级生产力的影响主要体现在通过垂直输送营养盐，影响深层水体的营养状态。
• 表面波：表面波是常见的风生波，其能量主要集中在海面附近，对表层水体的混合作用较强。表面波可以通过增加表层水体的湍流强度，促进营养盐的向上输送，从而促进初级生产力。

2、波浪周期：

• 短周期波：短周期波（如风浪）通常能量较大，对表层水体的混合作用强，但其影响范围较小。
• 长周期波：长周期波（如潮波）能量相对较小，但其影响范围较大，可以引起大范围的海水垂直混合。

3、潮差：

• 大潮差：大潮差海域的潮汐混合作用强，能够将深层营养盐有效地输送到表层，促进初级生产力。
• 小潮差：小潮差海域的潮汐混合作用弱，对初级生产力的影响相对较小。

4、潮汐周期：

• 半日潮：半日潮海域的潮汐混合频率较高，对初级生产力的影响更为频繁。
• 全日潮：全日潮海域的潮汐混合频率较低，对初级生产力的影响相对较弱。

总的来说，不同类型的沿岸滞波和潮汐混合对营养盐的输送效率不同。例如，内波主要影响深层水体的营养状态，而表面波和潮汐混合则主要影响表层水体的营养状态。不同类型的沿岸滞波和潮汐混合对水体的混合强度不同。混合强度越大，对初级生产力的影响越显著。不同类型的沿岸滞波和潮汐混合具有不同的时空尺度。例如，短周期波的影响范围较小，而长周期波的影响范围较大。

三、这项研究对我们理解海洋生态系统和气候变化有什么意义？

Mareike Körner等人的这项研究，通过深入探讨安哥拉沿岸上升流系统中沿岸滞波和潮汐混合对初级生产力的影响，为我们理解海洋生态系统和气候变化提供了重要的启示。

研究强调了物理过程（如沿岸滞波和潮汐混合）与生物过程（如初级生产力）之间的紧密耦合关系，有助于我们更全面地认识海洋生态系统的运作机制。研究揭示了沿岸滞波和潮汐混合是影响初级生产力的关键因素，为我们理解海洋生态系统中物质和能量流动提供了新的视角。研究表明，沿岸上升流系统对物理环境变化非常敏感。这提醒我们，海洋生态系统是一个脆弱的系统，需要我们加强保护。

初级生产力是海洋碳循环的重要一环。研究有助于我们更好地量化海洋碳吸收，从而更准确地评估海洋在气候调节中的作用。通过研究沿岸滞波和潮汐混合对初级生产力的影响，我们可以更好地预测气候变化对海洋生态系统的影响，从而为制定相应的应对措施提供科学依据。沿岸滞波和潮汐混合与极端天气事件（如厄尔尼诺现象）密切相关。研究有助于我们理解极端天气事件对海洋生态系统的影响，并评估其对人类社会的影响。

总结来说，这项研究不仅深化了我们对海洋生态系统的认识，而且为我们应对气候变化、保护海洋生态系统提供了重要的科学依据。

四、思考

能否通过更精细的数值模拟或现场观测，定量化不同类型沿岸滞波和潮汐混合对初级生产力的贡献？沿岸滞波和潮汐混合是否会影响微生物群落的组成和功能，进而影响初级生产力？初级生产力的变化是否会反馈影响沿岸滞波和潮汐混合过程？

沿岸滞波和潮汐混合对初级生产力的影响是否存在季节和年际变化？这种变化与气候变化有何联系？随着气候变化，沿岸滞波和潮汐混合的特征是否会发生改变？这将如何影响未来安哥拉沿岸的初级生产力？能否将该研究成果扩展到其他上升流系统，以探讨不同地区初级生产力受物理过程影响的普遍规律？

这些有趣的问题旨在激发你的思考，助你更深入地理解，希望能为你带来新的启示和帮助~~~

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