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为解决地形混合对大规模生物生产力增强影响不明的问题，研究人员开展 “津轻海峡强流与地形相互作用对生物生产影响” 的研究。结果表明，津轻海峡水下海山引发强烈垂直混合和养分通量，促进下游涡旋生物生产。该研究为评估海洋生态系统生产力提供依据。
在广袤无垠的海洋世界里，海洋生态系统的生物生产一直是科学家们关注的焦点。海洋中的营养物质供应对于浮游生物的生长和繁殖至关重要，而垂直混合则是将深层海洋中的营养物质输送到浮游生物群落的关键过程。在众多营养物质供应机制中，海山上的潮汐驱动流因其增强的垂直混合备受关注，像黑潮这样的强流在穿越地形时也会引发扰动，对营养物质从深层向表层的输送产生积极影响。然而，由于观测数据的稀缺，以及难以将小规模的混合测量与大规模的生产力联系起来，地形混合对大规模生物生产力增强的影响在很长一段时间里都如同笼罩在迷雾之中，让科研人员难以看清其真面目 。
为了揭开这层神秘的面纱，日本海洋地球科学技术机构（JAMSTEC）等机构的研究人员开展了一项极具意义的研究。他们将目光聚焦于连接日本海和太平洋的重要通道 —— 津轻海峡。这里有着强劲的向东流，独特的地理环境为研究强流与当地地形的相互作用提供了绝佳的天然实验室。研究人员通过一系列的研究，最终得出结论：津轻海峡中的水下海山这一独特地形特征，引发了强烈的湍流混合和异常高的扩散硝酸盐通量，进而支撑了下游反气旋涡旋（Tsugaru Gyre）中的中尺度生物生产。这一发现为理解海洋生态系统的生产力提供了新的视角，对于评估和预测海洋生态系统的变化具有重要意义。该研究成果发表在《Nature Communications》上，引起了相关领域的广泛关注。
在这项研究中，研究人员运用了多种关键技术方法。他们利用高频雷达（HFR）系统获取高分辨率的表面流数据，从而实时监测海洋表面流速的变化情况。通过直接进行湍流测量，精确获取湍流强度等关键数据。借助海洋数据同化模型（JCOPE-T DA），对海洋内部的物理过程进行模拟和分析。还运用了粒子追踪实验，来探究水体的平流时空尺度。
研究结果主要包括以下几个方面：
- 季节性变化特征：通过 JCOPE-T DA 模型输出分析，发现津轻暖流（Tsugaru Warm Current）和津轻涡旋的季节性变化明显。在不同季节，当津轻暖流越过志里亚海脊（Shiriya Spur）时，会出现不同程度的上升流和表面流速发散场。在分层季节，海脊东侧的表面发散场成为垂直向上流和下层营养物质供应的重要指示标志，对表层浮游植物的营养供应产生显著影响。
- 海脊处的湍流和硝酸盐通量：在志里亚海脊附近进行的漂移湍流测量显示，这里的湍流能量耗散率极高。在海脊顶部附近，等密度面快速加深，整个深度范围内都观测到高强度的湍流。硝酸盐的空间分布在地形上下游差异显著，海脊顶部东侧出现了从深层向表层的大量硝酸盐供应，垂直硝酸盐通量达到O(10?102) mmol Nm?2day?1 ，远高于其他开阔海洋区域。
- 内部水力跃变、上升流和表面发散：利用 JCOPE-T DA 数据，研究发现海洋内部的不稳定与表面流速的发散密切相关。在特定区域，层弗劳德数（Frl ）超过 1，表明存在内部水力跃变，这会导致等密度面位移和湍流增强。同时，上升流的发展与表面流速的发散场相互关联，进一步证实了垂直流和垂直混合对营养物质供应的重要作用。
- 表面流速场的时空变化：HFR 系统观测到的表面发散季节性变化与模型输出一致。在特定区域，表面流速发散与叶绿素 a 浓度之间存在显著的正相关关系。通过粒子追踪实验和相关性分析发现，这种相关性在不同时间尺度上呈现出不同的特征，反映了水体平流和再循环对生物生产的影响。
在讨论部分，研究人员指出，志里亚海脊东侧通过湍流垂直混合向表层供应营养物质，能够促进津轻涡旋中浮游植物的增殖。较长时间滞后的正相关可能与涡旋的第二轮再循环以及浮游植物的平流有关。此外，研究还估算了津轻涡旋内的初级生产力，发现其高于西太平洋副热带涡旋夏季的报道值。研究中保守估计的海脊东侧硝酸盐通量与生物生产产生的氮吸收速率相当，表明狭窄区域的湍流垂直混合对津轻涡旋的生产具有重要的定量影响。
总的来说，这项研究意义重大。它揭示了地形驱动的垂直混合在支撑中尺度生物生产中的关键作用，为重新评估营养物质供应过程提供了重要依据。研究结果对于理解海洋生态系统的结构和功能、预测渔业资源的变化具有重要的指导意义。未来，进一步研究硝酸盐通量的时空变化以及其他氮源，将有助于更深入地了解海洋生态系统的动态变化。
