我实验室王杉霖教授课题组（MEBM）以“Impacts of ENSO on Tropical Pacific Chlorophyll Biomass under Historical and RCP8.5 Scenarios”为题在Journal of Geophysical Research: Oceans期刊上发表最新研究成果。该研究揭示东赤道太平洋上升流区与西赤道太平洋暖池区表层叶绿素生物量对ENSO事件的响应机制，同时提出在温室气体高排放的典型浓度路径（Representative Concentration Pathway 8.5, RCP 8.5）气候情景下，东赤道太平洋上升流区海水的显著增温会使表层叶绿素生物量对拉尼娜（La Niña）和厄尔尼诺（El Niño）事件的响应表现出明显的不对称性，并进一步影响浮游植物的群落结构。该成果为ENSO事件及气候变化对赤道太平洋生态系统影响的相关研究提供了新思路。
研究背景
浮游植物叶绿素生物量对海洋初级生产和整个海洋生态系统至关重要。营养盐的分布受ENSO主导的物理动力学过程的调控，进而影响叶绿素浓度。然而，受到数据时间长度和空间尺度的限制，ENSO对叶绿素影响的机理分析还不完善。同时，以往研究中的模型预测结果表明，海水变暖使全球海洋（包括热带太平洋）的初级生产力出现明显的下降趋势，ENSO事件的发生频率和强度也会发生改变。因此，ENSO与叶绿素之间的关系是否会发生改变，也是一个值得探讨的问题。但目前仍缺少关于未来情景下ENSO对海洋生态系统影响的研究。
研究结果
研究团队利用全球尺度、且具有长时间序列的通用地球系统模型大型集合项目（Community Earth System Model Large Ensemble, CESM-LE）输出数据，对历史情景和RCP8.5情景下热带太平洋叶绿素与ENSO的关系及其响应机制进行研究。结果显示，在历史情景下，热带太平洋叶绿素浓度的年际变化主要发生在秘鲁上升流区域（PU）、赤道上升流区域（EU）和西太平洋区域（WP）（图1），且主模态对应的PC1与ENSO存在显著的负相关关系（-0.53, p<0.01）。然而，不同区域的叶绿素浓度异常对ENSO事件的响应机制是不同的。以La Niña事件为例，在PU和EU区域，局地的上升流所携带的营养盐浓度增加促进了叶绿素浓度的增加；在WP区，温跃层进一步加深，下层富营养水体难以上升穿过较厚的温跃层进入上层海洋，表层自东向西海流带来的东太平洋富营养水是WP区域叶绿素浓度增加的主要原因（图2a）。
图1 历史情景下热带太平洋叶绿素异常的EOF主模态。
此外，在未来情景下，受全球变暖的影响，特别是在升温更快的东赤道太平洋区域，热带太平洋表层叶绿素浓度大幅降低，叶绿素浓度的年际变化特征及其与ENSO事件的关系也发生改变。分析结果显示，PU和EU区域的叶绿素年际变化对El Niño和中等程度La Niña事件的响应减弱，只有在发生极端La Niña事件时才能引起叶绿素浓度的显著升高。然而，尽管升温导致WP区域叶绿素浓度也呈现出明显的下降趋势，但叶绿素浓度的年际变化特征依旧显著，与ENSO事件的相关性甚至从-0.76提高到-0.90（p<0.01）（图2b）。同时，整个热带太平洋区域浮游植物的优势种群从硅藻向小型浮游植物转变，但在极端La Niña事件发生时，浮游植物优势种会从小型浮游植物向硅藻转变，而在El Niño和中等程度La Niña事件期间，热带太平洋仍然是小型浮游植物主导。
图2 历史情景（a）与未来情景（b）热带太平洋叶绿素对ENSO事件的响应示意图。图中仅显示能引起叶绿素变化的物理过程。数字表示对应过程引起的叶绿素浓度异常变化，单位mg/m3。在未来情景下，CESM-LE模拟的东赤道太平洋上升流地区叶绿素浓度不再对El Niño和中等程度La Niña事件有显著响应。
研究团队及资助
该论文第一作者为厦门大学2019级博士生陈瑞莹，通讯作者为王杉霖教授，共同作者包括厦门大学助理工程师吴碧致和博士生李泽明。该研究获科技部重点研发计划课题（2022YFC3105303）资助。
论文来源及链接
Chen, R., B. Wu, Z. Li, and S. Wang, 2024. Impacts of ENSO on Tropical Pacific Chlorophyll Biomass Under Historical and RCP8.5 Scenarios. Journal of Geophysical Research: Oceans, 129(4), e2023JC020720.
https://doi.org/10.1029/ 2023JC020720
