越南东南沿海夏季浮游植物的年际变化与西太平洋副热带高压的关系

《Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography》：Interannual Variations of Summer Phytoplankton off Southeastern Coast of Vietnam Associated with the Western Pacific Subtropical High

东南亚沿海海域夏季叶绿素-a时空变化与西太平洋副热带高压西伸的强关联性被揭示，WPSH增强导致沿岸上升流减弱、营养盐输入减少，抑制浮游植物生长。研究证实WPSH较ENSO更能解释该海域叶绿素-a年际变异，并基于CMIP6模型预测未来WPSH增强趋势下叶绿素-a浓度可能持续降低。

　　

邢佳宇|王桂芬|徐文龙|秦建煌|程旭华

中国南京河海大学海洋学院，210098

摘要

越南东南沿海（SCV）在夏季拥有南中国海（SCS）中最活跃的上涌系统之一。先前的研究表明，诸如厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）等大规模气候模式可以影响该地区的叶绿素-a（Chla）变化。然而，这种影响本身无法解释Chla的年际变化，这意味着还需要考虑其他大气过程的作用。通过使用超过二十年的卫星观测和再分析数据，我们发现SCV夏季Chla变化与西太平洋副热带高压（WPSH）指数之间的相关性比与ENSO指数之间的相关性更强。WPSH向西扩展到SCS区域会抑制西南风异常，从而减弱风驱动的艾克曼输送和沿海上涌。上涌减弱导致表层水体中的营养物质供应减少，抑制了浮游植物的生长，使得SCV夏季的Chla浓度降低。此外，根据CMIP6的预测，WPSH的强度与SCV夏季Chla变化呈相反趋势，在未来气候情景下这种负相关关系将持续存在。这些结果不仅表明WPSH是驱动SCV夏季Chla变化的更直接的大气因素，还表明其强度对年际Chla变化具有很强的预测潜力。

引言

越南东南沿海（SCV）从大约9°N延伸到15°N，是典型的沿海上涌区域，也是南中国海西部著名的生物热点（Li等人，2014年；Xie等人，2003年）。沿海上涌将寒冷、富含营养的深层海水带到表层，从而促进浮游植物的生长并提高初级生产力。作为海洋食物网的基础，浮游植物生物量通常通过叶绿素-a（Chla）来表示，它是海洋生态系统变化的关键指标（Ryther和Yentsch，1957年）。浮游植物的大量繁殖维持了高生物生产力，并支持多种更高营养级的生物，包括金枪鱼、鲭鱼、海鸟和以浮游动物为食的肉食动物（Vargas和González，2004年）。

SCV地区的Chla表现出显著的空间和时间变化。先前的研究表明，SCV的Chla遵循一个明显的季节性周期，表现为夏季的高峰和冬季的次级高峰，后者在空间上更为局限（Qiu等人，2011年）。夏季高峰主要受东亚夏季季风的影响。从6月到8月，盛行的西南风驱动沿海上涌，通常在8月达到最大强度（Petrichenko，2010年）。从机制上看，这些季风风通过将富含营养的深层海水上涌与湄公河羽流的向东输送相结合，实现了双重富集过程（Dippner等人，2007年；Petrichenko，2010年；To Duy等人，2022年；Xie等人，2003年）。因此，沿SCV形成了一条持续的高Chla带，并以类似射流的特征向海外延伸，表明夏季生物生产力很高（Chen和Wang，2014年；Gao等人，2013年；Li等人，2014年；Xie等人，2003年；Yu等人，2019年）。夏季季风的驱动作用在调节Chla分布的强度和范围方面起着重要作用（Zhao和Tang，2007年）。更强的风会增强艾克曼输送和垂直混合，从而增加营养物质供应并促进Chla的增长（Liu等人，2002年）。在这个框架下，海表温度（SST）是上涌强度的可靠代理指标。较冷的SST通常反映了增强的上涌和营养物质供应，导致Chla增加（Hu和Wang，2016年；Xie等人，2024年；Yu等人，2019年）。该地区海洋动力过程的年际变化在很大程度上受到厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）和印度洋偶极子（IOD）等大规模气候模式的影响（Chang等人，2008年；Cheng等人，2016年；Li等人，2025年）。因此，Chla的变化也表现出显著的年际特征。传统观点认为，ENSO通过调节季风驱动和相关的上涌强度来控制El Ni?o后夏季的Chla异常（Lian等人，2024年；Xie等人，2003年；Zhao和Tang，2007年）。例如，极端的El Ni?o事件（如1998年）通常与减弱的上涌和降低的Chla浓度相关（Kuo等人，2004年；Xie等人，2003年）。然而，在某些异常年份，ENSO与Chla变化之间的关系似乎减弱了。例如，2007年8月的强烈繁殖主要是由与正IOD和La Ni?a事件相关的增强西南风驱动的（Liu等人，2012年；Zhao等人，2018年），而2016年的繁殖则与西北太平洋气旋引起的风异常有关，而非ENSO或IOD（Xiao等人，2020年）。这突显了Chla变化与ENSO之间的联系，特别是通过西北太平洋的异常高压系统。西北太平洋的异常高压系统被认为是ENSO影响SCV Chla变化的关键中介过程（Xie等人，2003年）。然而，尚未有实证证据表明西北太平洋高压系统与SCV年际尺度上的Chla浓度异常之间存在联系。

WPSH是一个在夏季主导西太平洋的持续反气旋环流系统，是东亚夏季季风的关键驱动因素（Bjerknes，1966年；Wang等人，2013年）。随着季节的变化，WPSH会向北或向南移动，并向东或向西移动，其位置和强度对东亚气候有重要影响（Sui等人，2007年）。在夏季，WPSH显著扩展并影响广泛的区域，包括SCS（Mo等人，2022年；Tan等人，2022年）。它通过改变区域风场在调节东亚夏季气候中起关键作用（Choi和Kim，2019年）。WPSH向西扩展可以抑制西南季风，改变上涌强度，并调节SCS的SST（Matsumura和Horinouchi，2016年；Sui等人，2007年；Yao和Wang，2021年）。当WPSH异常增强并向西扩展时，由反气旋环流产生的东风异常会减弱盛行的西南季风（Song等人，2023年）。这种风异常可以改变有利于上涌的条件，从而影响SCS的海洋初级生产力。作为主要的大气驱动因素，WPSH可能对SCV的Chla变化有显著的控制作用。尽管最近的分析已经确定了与WPSH相关的环流模式对海表Chla变化的影响（Liu等人，2021年），但其在塑造年际Chla变化中的作用仍不甚清楚。

随着全球变暖的加剧，WPSH表现出向西扩展和强度增加的趋势（Tseng和Ho，2024年；Zhou等人，2009年）。在高排放情景下，预计其在21世纪的频率和强度都将显著增加（Song等人，2023年），对东亚季风系统和SCS生态系统产生深远影响。先前的研究表明，WPSH具有一定程度的可预测性（Yang等人，2025年），并且是预测西SCS上涌强度的重要大气指标（Wang，2019年）。建立WPSH与SCV Chla变化之间的稳健联系对于理解Chla如何响应WPSH的持续增强至关重要。解决这一问题不仅有助于我们理解区域生态系统动态，还能为热带边缘海域对未来气候变化的响应提供有价值的见解。

因此，本研究探讨了WPSH与SCV夏季Chla年际变化之间的关系。通过使用长期卫星观测、ERA5再分析数据和CMIP6模拟，我们（1）描述了1998年至2024年SCV夏季Chla的空间和时间变化，（2）研究了WPSH与SCV Chla变化之间的物理机制，强调了WPSH的主导作用和ENSO的有限影响，以及（3）评估了在高排放情景下WPSH增强对SCV生态系统的潜在影响。

数据和分析方法

使用1998年至2024年的长期大气再分析和卫星观测数据，涵盖了现代海洋颜色卫星时代，以描述SCV的大气变化和上层海洋状况。每日SST数据来自NOAA最优插值海表温度数据集（OISST v2.1）（Wang等人，2015年），水平分辨率为0.25° × 0.25°。ENSO变化通过Ni?o 3.4指数和多变量ENSO指数（MEI）来表示。

夏季Chla的空间和时间变化

图1a中的黑色框标出了越南东部的浮游植物繁殖现象，这与夏季SCS盛行的西南季风相吻合。这种季风驱动了沿海上涌，从而刺激了SCV沿线的浮游植物繁殖（Xie等人，2003年）。最高的Chla浓度通常出现在10°N至13°N之间，与该地区夏季变化最强烈的区域一致（图1b）。本研究分析的空间范围是

结论与讨论

在越南东南沿海，诸如ENSO等大规模气候模式已被广泛报道为影响浮游植物生物量的因素（Xie等人，2003年）。然而，它们对SCV的影响并不总是恒定的，特别是在异常年份，当远距离关联模式减弱或中断时（Xiao等人，2020年；Zhao等人，2018年）。在本研究中，我们提供了之前未充分探索的SCV沿海Chla变化的大气控制证据。

CRediT作者贡献声明

邢佳宇：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，验证，监督，软件，方法论，调查，正式分析，数据管理，概念化。徐文龙：撰写 – 审稿与编辑，验证，资源，调查，正式分析。王桂芬：撰写 – 审稿与编辑，监督，资源，调查，资金获取，正式分析。程旭华：撰写 – 审稿与编辑，验证，资源。秦建煌：撰写 – 审稿与编辑

未引用参考文献

Halpern, 2002.

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

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