中尺度涡在海洋中广泛存在，其中有一些主体位于海洋表面之下、在海表信号微弱的涡旋，被称为“次表层涡旋”。由于难以通过卫星高度计有效识别，针对性的现场观测十分困难，这在很大程度上阻碍了我们对其中营养盐动力学与碳循环作用的认识。而且，因为次表层涡旋所处的深度不同，它们的生物地球化学和生态效应还存在显著差别。相较于更深的 “次温跃层涡旋”，位于主温跃层内的涡旋（ITE）因其影响深度较浅，且与光合作用活跃的真光层重叠，可能扮演着更为活跃的生物地球化学角色。该研究通过对热带西太平洋一个ITE长达36天的物理-生物地球化学耦合观测，并结合动力学自洽的涡分辨数值模式输出，揭示了ITE内部复杂的营养盐动力学过程。
研究表明：涡旋通过水平输运调控颗粒物的沉降路径，使其在涡旋边缘聚集；这些聚集的颗粒物的矿化分解提升了局地营养盐浓度；而这些再生的营养盐一方面通过跨等密度面混合向上层输送，另一方面则沿着等密度面在涡旋内部重新分配。研究还发现ITE上部边缘的强流速剪切诱导了湍流混合的增强。与此同时，ITE内部维持着更强的营养盐垂向梯度，两者的共同作用大大增强了由深层向真光层的营养盐输送通量。这一通量值显著高于北太平洋寡营养海域的典型背景值，意味着ITE是寡营养海域不容忽视的“营养源”。此外，涡旋内部较高的表观耗氧量暗示了存在活跃的生物分解过程。进一步分析发现，氧气显著亏损，同时伴随磷酸盐和硝酸盐的富余。三种元素的变化比值接近经典的Redfield比例（O₂:P:N ≈ 150:1:16），这有力地证明了涡旋内部存在活跃的有机物矿化过程。该研究挑战了将海洋生物泵过程简化为垂向一维运动的传统认知，清晰地表明沉降颗粒物的横向输运及其在涡旋中的汇聚，对海洋浮游植物的初级生产与颗粒有机碳输出关系产生重要影响。尽管这种三维物理过程十分重要，但由于观测难度大和认知局限，其影响尚未被纳入主流的生产-输出关系模型中，未来需要开展更多研究以揭示多尺度海洋过程如何调控颗粒物沉降动力学。
研究区域（a）、ITE垂向结构（b-d）及ITE内的营养盐动力学示意图（e）
表观耗氧量（a）、生物地球化学过程造成的溶氧与营养盐异常（b-d）和颗粒物沉降模拟试验（e-i）
核心PI
柳欣 |
厦门大学
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1、国家自然科学基金优秀青年基金项目，海洋浮游植物生态学（42122044），2022.01-2024.01, 200万，课题负责人；
2、国家自然科学基金面上项目：南海北部浮游植物群落初级生产关键参数间的定量关系及其影响因素（41776146），2018.01－2021.12，69万，课题负责人；
3、中央高校基本科研业务费项目（校长基金）：边缘海浮游植物生态学大数据分析（20720180102），2018.01-2020.12，70万+15万（创新人才培育项目追加），课题负责人；
刘志宇 |
厦门大学
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简介：
刘志宇，厦门大学海洋与地球学院教授，博士生导师。2009年毕业于中国海洋大学海洋学专业获博士学位，随后前往厦门大学担任助理教授，2010年聘为副教授，期间曾去往法国巴黎第六大学作访问学者，2015年聘为教授，2017年去往澳大利亚新南威尔士大学悉尼分校作高级研究员工作，2018年去往美国加州大学圣地亚哥分校作访问科学家。曾获国家海洋局海洋领域优秀科技青年、国家自然科学基金优秀青年科学基金、曾呈奎海洋科技奖“青年科技奖”、中国工程前沿杰出青年学者等荣誉。
研究及招生方向：
1、上层海洋动力学
3、海洋数值模拟
4、海洋湍流和混合
主要科研项目：
1、通过高分辨率遥感和数值模拟揭示北冰洋多尺度变化，中国国家重点研发计划，40万元，2023.12-2025.11，研究员；
2、海洋氮循环与全球变化，国家自然科学基金创新课题组项目，1050万元，2018.01–2023.12，共同负责人；
3、西太平洋中小尺度过程研究：尺度相互作用和能量级联，国家自然科学基金重大计划，253万元，2019.01–2022.12，PI；
4、海洋混合，国家自然科学基金优秀青年科学基金，150万元，2017.01–2019.12，研究员；
5、上层混合层亚中尺度动力学研究，国家自然科学基金，92万元，2015.01–2018.12，研究员；
文章信息：
上述研究成果发表于国际权威期刊《Geophysical Research Letters》。厦门大学动力海洋学研究组博士研究生胡振东为第一作者，柳欣教授为文章通讯作者。该研究获得国家重点研发计划项目（2023YFF0805003，2023YFE0126700和2022YFA1003804）以及福建省自然科学基金（2021102005）的联合资助 。
论文发表：
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