季風如何在黑潮中創造出綠洲?

引用授權聯絡人: 夏復國 / fkshiah@rcec.sinica.edu.tw / (02) 2783-9910 ext.1271

關鍵字: 黑潮、季風、浮游植物、異營浮游細菌、藍碳

圖1. 台灣南部海域中調查側線與站位分布(A),以及1-8測站的溫度-鹽度散點圖(B上方小圖)與葉綠素深度剖面圖(B下方小圖)。

北太平洋的西方邊界流 -黑潮- 攜帶著大量的熱能與動能,流淌過台灣的東岸,影響著我們的氣候、經濟乃至人文與歷史的發展。在海洋立國的前提下,我們對家園門口的這個超級生態系在「藍碳」(即生物減碳與輸出)與地區漁業資源(如飛魚)與鯨豚觀光事業的受到氣候變遷的衝擊,卻知之甚少。

由於缺乏無機營養鹽的供應,流過台灣東岸的黑潮一向被認為是海洋中的沙漠,其內各種浮游生物的量及生產力應該十分的低。晚近衛星海色照片卻顯示台灣東岸黑潮中某些區塊的表層海水中會出現高葉綠素(圖1A)。造成此一現象的幕後機制仍有待釐清。

我們在2020年7月開展了調查。在台灣東岸向蘭嶼的方向拉了一條橫跨黑潮的測線,並在上面上設了8個測站(圖1A)。溫鹽圖 (T-S diagram)表明測站8, 7, 1, 2及3的水體是屬於黑潮水與南海水的混合水;由測站4, 5到6則是十分趨近黑潮水的現象(圖1B上圖)。葉綠素上層水深200米的深度分布(圖1B下圖) 顯示其濃度是西高東低;次表層葉綠素極大值(SCM)的濃度測值也是由西向東越來越低,且其分布深度由近岸的淺於50米向著外海而越來越深,達到100米水深。我們懷疑這是由於某種物理機制使得南海水侵入台灣東南一隅並與北向的黑潮水混合。水團混和引發的剪應力(shear)引導深層富含無機營養鹽海水向上運動至有光層,引發高葉綠素生物量與初級生產力。

有光層(上層100米水深)內初級生產力(即生物源有機碳產出率)在測站2的平均值(3.46 ± 1.37 mgC m-3 d-1)是測站6 (0.91 ± 0.47 mgC m-3 d-1)站的幾近4倍。異營細菌生產力(即生物源有機碳消耗率)顯現出同步變化,在測站2的平均值(1.17 ± 0.40 mgC m-3 d-1)高出測站6 (1.00 ± 0.22 mgC m-3 d-1)約20% (圖2A)。 利用航次探測時期的風場資料,以物理3-維數值模式模擬出一個典型的夏季西南季風盛行時,黑潮的流場狀況(圖2B-C)。結果顯示當黑潮離開呂宋島北端時,向北流的黑潮在西南氣流的吹襲下,黑潮主軸會變得比較直導致向西(進入南海)的分量變小。如此一來導致起源於南海流向東北的分支流在台灣東南海岸邊加入黑潮的西側側翼。這就是南海水為何會在夏季入侵黑潮並在台灣東南岸產生混合水的物理機制。

本研究為世界首例證明夏季盛行西南季風會誘發南海水團在台灣東南岸入侵黑潮,並在此處的上層有光層誘發高浮游植物量與初級生產力。它們對台灣東海岸的高飛魚產量以及鯨豚頻繁出現是否有關,企待探索。此外,由於台灣東海岸的陡峭地形,幾乎沒有所謂的陸棚(水深淺於200米的近岸區)。水團混合作用所產生出的”新生產力”在此處極可能會被很快地被沉降至冷且高壓的深海,進行有效的碳埋藏。

關鍵概念

  • 浮游植物的初級生產力是水域生態系統有機物生產速率的指標,也代表著「生物幫浦」(biological pump)執行有機碳輸出與埋藏的潛能。異營浮游細菌則是有機碳的分解者,號稱「反生物幫浦」。全球平均約有50%的初級生產力是被細菌所處理掉。
  • 台灣由於地理位置的獨特性,大氣擾動(如颱風、季風)所引發的生物地球化學現象,凸顯出研究此一議題重要性。

更多相關資訊

  • Lai et al. 2021. Phytoplankton and bacteria responses to monsoon-driven water masses mixing in the Kuroshio off the East coast of Taiwan. Frontiers in Marine Science. doi:10.3389/fmars.2021.707807.

圖2. (A)初級產力與細菌生產力的回歸散點圖;空心圓圈與實心圓圈分別代表純黑潮水(測站6)以及混合水(測站2)區的測值。物理3-維數值模式模擬出的(B)黑潮流場的反向軌跡圖與(C)黑潮15米水深在2020年7月22日航次調查期間的流速(向量)與渦旋度(色階)。圖(B)中的水平色階圖表示模式中釋放的浮球會抵達測站2的百分率可達100%。圖(C)中的紅線為航次調查時測線的位置。

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