阿拉伯海东部基于ADCP（acoustic Doppler current profiler，声学多普勒流速剖面仪）后向散射反演的浮游动物生物量及现存量（zooplankton standing stock，ZSS）的次季节至年际变化

《Journal of Marine Systems》：Intraseasonal to interannual variability of zooplankton biomass and standing stock inferred from ADCP backscatter in the eastern Arabian Sea

　　

为探究阿拉伯海东部（eastern Arabian Sea，EAS）浮游动物变异特征，研究人员利用2017–2023年布设于EAS陆坡的7套ADCP（acoustic Doppler current profiler，声学多普勒流速剖面仪）浮标获取的后向散射反演浮游动物生物量数据，分析了24–120 m层积分浮游动物现存量（zooplankton standing stock，ZSS：生物量沿24–120 m垂向积分）在次季节（5–90天）至年际尺度上的变化。时间序列证实生物量随深度增加而衰减。ZSS月平均气候态呈夏季风（summer monsoon）最低、冬季风（winter monsoon）最高的季节变化；年内（100–250天）变异显著，表现为最小值后快速回升、最大值后缓慢下降的非对称性。年循环（300–400天）在阿拉伯海东北部（northeastern Arabian Sea，NEAS）占主导，而年内与次季节变异在阿拉伯海东南部（southeastern Arabian Sea，SEAS）占主导；3个站位的长记录亦显示年际变异。生物量的次季节变幅与季节变幅相当甚至更大，但因上层与约140 m以深部分相对均值偏差方向常相反，ZSS未表现出显著的次季节变异。亦观测到持续≥1天、常超出均值2倍标准差的生物量尖峰。季节循环与次季节变异均独立于卫星叶绿素a（chlorophyll-a，chl-a）浓度变化，表明微型生物环（microbial loop）及卫星未能捕捉的浮游类群具重要作用。文末讨论了微型生物环及次季节变异对采样与模拟的意义。

基于ADCP后向散射探讨阿拉伯海东部浮游动物生物量与现存量的次季节至年际变化——论文解读

该研究发表于《Journal of Marine Systems》。浮游动物（zooplankton）通过下行输送有机碳并作为鱼类饵料，在海洋颗石泵与食物网中起关键作用，其时空分布受温跃层、氧最小区（oxygen minimum zone，OMZ）、混合层深度（mixed-layer depth，MLD）及初级生产调控。北印度洋（North Indian Ocean，NIO）受季风驱动产生季节性上升流/下降流与MLD变化，使阿拉伯海东部（eastern Arabian Sea，EAS）呈现夏季风（summer monsoon）近岸上升流致叶绿素a（chlorophyll-a，chl-a）峰值、冬季风（winter monsoon）东北部对流混合致chl-a峰值的格局。传统船采浮游动物仅为瞬时快照，难以刻画连续变化；而经标定的高频ADCP（acoustic Doppler current profiler，声学多普勒流速剖面仪）后向散射可连续估算浮游动物生物量，此前Aparna等（2022，A22）已用3套EAS的ADCP展示ZSS季节循环及热动力强迫关系，但未涉及次季节变异及更多站位空间差异。本研究在此基础上加入4套新增ADCP锚系（2017–2023年），重点揭示EAS浮游动物生物量与ZSS的次季节至年际多尺度变异特征，并探讨其与物理环境及卫星chl-a的关联，弥补传统采样与既往分析不足。

研究人员使用的主要技术方法如下：基于CSIR-National Institute of Oceanography布设于印度西海岸陆坡的7套ADCP锚系（分别位于Mumbai／阿拉伯海东北部NEAS、Goa／中东部CEAS、Kollam／阿拉伯海东南部SEAS及另4个站位）2017–2023年的75 kHz或150 kHz ADCP后向散射（backscatter）体数据，按Greenlaw关系将之转换为浮游动物体积生物量（单位：mL m^?3，再换算为mg m^?3干重），取24–120 m垂向积分定义为浮游动物现存量（zooplankton standing stock，ZSS，单位：mg m^?2）；对日生物量去除潮汐与仪器噪声，做距平与标准化处理；采用Lanczos滤波器进行带通滤波提取次季节（5–90天）、年内（100–250天）、年循环（300–400天）分量；利用PyCWT模块进行连续小波变换（wavelet transform）谱分析各时间尺度能量分布；辅以卫星衍生chl-a、MLD、温跃层深度及OMZ上位深度等再分析数据作对照。

The seasonal cycle（季节循环）

研究人员对比新旧数据集月气候态ZSS，发现Mumbai、Goa、Kollam三处与A22结果吻合良好。整体EAS的ZSS最低值出现在夏季风（6–8月），最高值出现在冬季风（11–翌年1月）；夏季风后ZSS迅速回升，冬季风后缓慢下降，形成非对称季节形态。生物量垂向递减，上层（约<70 m）季节信号强于深层。

Intraseasonal variability（次季节变异）

通过小波分析与带通滤波，研究人员发现生物量在5–90天频段具显著功率谱能量，尤其在SEAS振幅最大，次季节变幅接近或超过季节变幅；但因上层与约140 m以深水体生物量距平常反向，垂向积分后的ZSS次季节信号被削弱。偶发持续1天以上的生物量尖峰常超均值±2倍标准差，可能与浮游动物昼夜垂直迁移（diel vertical migration，DVM）群体或局部聚集有关。

Interannual variability（年际变异）

基于3个长记录站位月序列FFT与小波谱，研究人员识别出周期>1年的显著能量，个别年份ZSS全年的单向偏高或偏低偏离标准季节循环，暗示受ENSO等大尺度气候模态影响，但本文未深入归因。

Summary（小结与讨论结论部分翻译）

尽管本研究时段（2017–2023）与A22（2012–2020）不同，二者所得Kollam、Goa、Mumbai月气候态ZSS相似且差异微小。新增四套锚系更清晰揭示了EAS陆坡上南—北过渡：夏季风期间SEAS温跃层抬升（浅于此值D₂₁₅或D₁₇₅），生物量相对较高；冬季风期间NEAS温跃层加深，ZSS达年最高。年循环在NEAS主导，而SEAS以年内与次季节变异为主。ZSS季节低值（夏季风）与EAS上升流引发phytoplankton高峰不同步，且季节与次季节生物量变异独立于卫星chl-a变化，说明微型生物环（microbial loop）及未被卫星探测的小型/微型浮游动物贡献显著。研究强调：传统离散船采会遗漏次季节信号，ADCP连续观测对理解物理–生物耦合过程及改进生态模型具重要价值；今后建模与采样设计应考虑次季节变异及非叶绿素依赖的浮游动物食物来源。

综上，本研究依托多套EAS陆坡ADCP长期锚系的后向散射反演浮游动物生物量，量化了阿拉伯海东部浮游动物现存量ZSS从次季节到年际的多尺度变异格局，首次系统揭示SEAS次季节变异强于年循环、ZSS次季节信号因垂向补偿效应被掩盖、以及浮游动物动态与卫星chl-a解耦等事实，为热带季风影响海域的生态–物理耦合研究与海洋生态观测方案优化提供了实证依据。