风向如何影响赤道大西洋季节性浮游植物的繁殖，风力生产力研究

赤道大西洋是一个动态而复杂的区域，风生洋流、海洋上升流和生物生产力的季节性循环等物理过程之间存在着复杂的相互作用。最近的研究强调了这些过程如何控制海洋环境中初级生产力的时间和强度，特别是由不同的风驱动机制形成的生产力的季节性变化。

赤道大西洋季节性生产力

赤道大西洋地区的主要特点是初级生产力高，主要由浮游植物的大量繁殖所驱动，这些植物构成了海洋食物网的基础。这些植物的季节性繁殖主要受风力上升流控制，风迫使地表水远离赤道，使营养丰富的深水上升到表面，促进浮游植物的生长。

赤道大西洋地区存在强劲赤道风，尤其是在北半球的夏季，会推动洋流穿越赤道。同时，赤道大西洋经历两个显著的​​上升流区域，一个位于西部，另一个位于非洲海岸，这两个区域对于营养补充都至关重要。浮游植物的生产力在很大程度上依赖于硝酸盐、磷酸盐和铁等营养物质的可用性，这些营养物质是通过上升流从深层带上来的。

研究表明，生产力高峰出现在北半球夏季，这是因为东风增强，增加了地表水输送，促进了寒冷、营养丰富的水体的向上移动。这些由风驱动的过程显著影响了该地区的生物活动，包括浮游植物大量繁殖的时间和范围。

风力驱动过程与季节性生产力

赤道大西洋季节性生产力的核心是风应力与海洋物理结构之间的相互作用。风型的季节性变化，主要是从东风（从东到西），导致暖水和冷水的重新分配，从而影响营养动态和生产力。

东风信风在北半球从东北向西南吹来，将地表水推向西方。这造成了海平面的倾斜，即海洋盆地西侧的海面略高。随着地表水的流失，它们被来自下方更深、更冷的水所取代，这一过程被称为上升流。

在北半球夏季，这些风会增强，导致上升流更加剧烈，这会将寒冷、营养丰富的水从海洋深处带到表面，促进浮游植物的生长，从而使初级生产力达到峰值。风强度的变化和季节性风向的精确时间对于调节上升流强度以及生态系统的生产力起着至关重要的作用。

除了地表风之外，赤道潜流(eastward Equatorial Undercurrent，EUC)也是赤道大西洋海洋环流的一个关键特征。EUC是一种向西移动的地下流，主要受赤道沿线风应力的驱动。当它通过上升流过程上升到地表时，它带来了硝酸盐、磷酸盐和铁等重要营养物质，这些营养物质对于维持浮游植物的生长至关重要。这种风驱动的地表流和EUC的结合在塑造季节性生产力方面发挥着核心作用。

营养动态和浮游植物生产力

营养物可用性与浮游植物生产力之间的关系是赤道大西洋季节性生产力周期的核心要素。初级生产所需的营养物主要通过风驱动的上升流被带到水面，但它们的可用性可能受到多种因素的影响。

随着地表风推动暖水的位移，富含营养的冷水从下方上升。上升流的深度和强度通常与风向的季节性变化有关，是决定浮游植物可利用营养物质数量的关键因素。混合层（受风和波浪搅动的水层）的深度是一个重要因素。混合层越深，通常意味着地表水可利用的营养物质量越大，从而支持更高的生产力。

在北半球夏季，风强度的增加导致混合层更深，从而使更多的营养物质被带到表面并促进夏季浮游植物的繁殖。同时，上升流效率受风强度和温跃层深度（温暖的表面水和下方较冷的水之间的边界层）的影响。

浮游植物消耗硝酸盐和磷酸盐等无机营养物质，并将其转化为有机物，有机物是食物网的基础。铁等微量营养素进一步促进了浮游植物的生长，这些微量营养素通常浓度较低，但对光合作用的最佳运作至关重要。

因此，将营养物质带到水面的季节性上升流与浮游植物的生长增加直接相关，而浮游植物的生长又支持了从浮游动物到鱼类的整个海洋食物网。

生产力的季节周期

赤道大西洋生产力的季节性循环以风力、水温和营养物质供应的急剧变化为特征。这些因素影响浮游植物繁殖的时间，浮游植物繁殖通常在北半球夏季达到顶峰。

赤道大西洋生产力在春季和夏季生产力高峰。随着北半球春季和夏季东风增强，上升流增加，上升流增加增加等条件为浮游植物的生长创造了理想的环境，导致浮游植物生产力激增，这导致初级生产力出现最大峰值，与北半球较暖的月份相吻合。

赤道大西洋生产力在秋冬季衰退。在秋冬季节，东风减弱导致上升流效率降低，表面水趋于分层是水体混合减少，输送到海洋上层的营养物质减少，导致初级生产力下降，生态系统进入低生产力时期，营养循环减慢，直到春季风再次刮起。

新的研究发现

GEOMAR亥姆霍兹基尔海洋研究中心引导的一项新的研究，利用来自两次跨大西洋赤道调查的数据以及来自赤道系泊的延长时间序列，研究独立的风驱动过程如何塑造赤道大西洋生产力的季节性。

研究发现，硝酸盐浅滩响应增强的东风；赤道潜流核心的深度，受盆地规模的赤道驻波的年度振荡控制；赤道潜流核心上方剪切带的混合强度受局部和瞬时风控制。这三种机制的相互作用形成了赤道大西洋独特的营养物供应和生产力季节性循环，由于赤道暗流较浅，四月份生产力最低，而由于硝酸跃层较浅加上混合增强，七月份生产力最高。

夏季东风增强导致地表水被推向西部，这导致赤道沿线出现正海面高度异常（高达20厘米），促进深层营养物上涌（主要是赤道潜流），风应力还会导致垂直混合增加，从而将富含硝酸盐的水从水面下带入真光层，刺激浮游植物的生长。

研究强调，赤道大西洋东部的初级生产力在北半球夏季（6月至8月）达到高峰，这一时间与季节性东风信风的加强以及促进营养物上升的相关风驱动洋流密切相关。北半球夏季东向信风的季节性增强增强了沿海上升流，将深海富含营养的水带到了海面。

该研究成功确定了调节赤道大西洋季节性生产力的关键风力驱动机制，重点强调了东风信风和营养上升流在推动北半球夏季浮游植物大量繁殖方面的作用。研究结果表明，营养物质的可用性和初级生产力都存在显著的季节性变化，生产力高峰出现在北半球夏季。

思考

风驱动过程和海洋分层之间的相互作用如何影响赤道大西洋的初级生产力？赤道大西洋生产力因人类活动而发生的变化的长期趋势是什么？风能驱动的生产力变化对海洋生态系统和渔业有何影响？

参考文献：Peter Brandt, Mareike Körner, James N. Moum, Marisa Roch, Ajit Subramaniam, Rena Czeschel, Gerd Krahmann, Marcus Dengler & Rainer Kiko ，Seasonal productivity of the equatorial Atlantic shaped by distinct wind-driven processes.  Nature Geoscience (2025)，doi.s41561-024-01609-9

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