科研成果
阿拉伯海低氧区对IOD正负相位事件的响应
时间：2023年11月10日
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近日，我所海洋生态观测与模拟团队在期刊Geophysical Research Letters上发表关于印度洋低氧区的研究成果“Dynamical Response of the Arabian Sea Oxygen Minimum Zone to the Extreme Indian Ocean Dipole Events in 2016 and 2019”。第一作者为我所与上海交通大学联合培养博士研究生张智伟，通讯作者为我所马文涛研究员和厦门大学柴扉教授。
海洋中的溶解氧对海洋生物和海洋生态系统至关重要。最近的研究表明，世界海洋中的脱氧呈现加速趋势，自20世纪50年代以来，全球海洋中的溶解氧下降了约2%。阿拉伯海低氧区（Arabian Sea OMZ，ASOMZ）是世界热带海洋中第二大的低氧区。而印度洋偶极子事件（IOD）是热带印度洋最主要的变化模式。其会引起海表叶绿素的巨大波动，这些波动进而可能会影响阿拉伯海的溶解氧分布。在先前的研究中，该团队已经成功建立了涵盖整个印度洋的物理生物地球化学耦合模式（ROMS-CoSiNE），并对阿拉伯海低氧区东移机制进行了定量探讨。本研究则利用经过充分验证的数值模式探讨了阿拉伯海低氧区对典型极端IOD事件的响应机制。
结果表明，阿拉伯海低氧区不同海域的对于典型IOD事件的响应机制完全不同。在亚丁湾附近海域，低氧区对IOD事件的响应机制更多的受到物理过程的调节。夏季风期间，大量的高氧水通过索马里沿岸流进入阿拉伯海。在2016年的IOD负相位事件期间，这一数字达到了2019年IOD正相位事件期间的约2.5倍。另一方面，在2016年IOD负相位事件期间，亚丁湾的上升流强度更强，导致海表初级产力增加，从而使得该海域产生了更多的碎屑颗粒有机物输出。这些碎屑颗粒有机物在局地再矿化过程中消耗更多的溶解氧（图1）。但是，大量外源溶解氧的输送，不仅补充了亚丁湾海域额外的溶解氧消耗，还有富余可以提高亚丁湾的溶解氧浓度。此外，上升流的增强也抬升了亚丁湾附近海域低氧区上边界的位置。
图 1 阿拉伯海西侧（50°-55°E）11.8°N断面处200至1000米深度范围的流量（a，黄色柱状图，左边y轴标注）和溶解氧浓度（a，折线，右边y轴标注），相对应的溶解氧通量（b），亚丁湾海域200至1000米深度范围的溶解氧平均浓度（c）。亚丁湾海域在夏季和秋季的上升流指数（d），海表叶绿素浓度（e），200米水深处POM通量（f）。
在阿拉伯海中部，低氧区对IOD事件的响应机制与亚丁湾不同。在2016年IOD负相位事件期间，阿曼沿岸的上升流强度增强，导致更多的营养物质从次表层水体输送到上层水体，从而促进了上层水体中的初级生产（图2）。在2016年IOD负相位事件期间，更高的海表初级生产力产生了更多的碎屑颗粒有机物，这些颗粒有机物通过海上Ekman输运作用被输送到阿拉伯海中部。这些碎屑颗粒有机物在再矿化过程中消耗了大量的溶解氧，却没有溶解氧的补充，导致了2016年IOD负相位事件期间阿拉伯海中部低氧区的溶解氧平均浓度下降。而上层海水温度的降低溶解了更多的溶解氧在上层水体中，挤压了低氧区的空间位置，致使低氧区的上边界下沉（图3）。
图 2 阿曼沿岸在夏季和秋季的上升流指数（a）和海表叶绿素浓度（b），阿拉伯海中部附近海域200米水深处POM通量（c）和低氧区溶解氧的消耗量（d）
图 3 阿拉伯海低氧区对IOD正负相位事件的响应
该研究获得了国家自然科学基金面上项目，基金委基础科学中心和东海实验室开放课题等项目资助。
论文引用：
Zhang, Z., Ma, W., & Chai, F. (2023). Dynamical response of the Arabian Sea oxygen minimum zone to the extreme Indian Ocean Dipole events in 2016 and 2019. Geophysical Research Letters, 50, e2023GL104226. https://doi.org/10.1029/2023GL104226
