《Marine Environmental Research》：A cross-shelf penetrating front and its associated biogeochemical-ecological responses: a case study on the East China Sea shelf in spring
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在春季，东亚海架上观察到一个明显的跨架穿行锋面（CPF），其特征是盐度低和温度逆温现象。
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在春季，东亚海架上观察到一个明显的跨架穿行锋面（CPF），其特征是盐度低和温度逆温现象。
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在CPF主导的区域内部发生了一次离岸的浮游植物爆发事件。
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CPF不仅将营养物质输送到海洋中，还为离岸的浮游植物爆发创造了有利的动态环境。
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CPF可能在调节东亚海架上的生物地球化学-生态过程中发挥重要作用。
引言
作为最重要的中尺度或亚中尺度过程之一，海洋锋面在河口、大陆架和开阔海域被广泛观测到（Belkin等人，2009年；McWilliams，2021年；Wei等人，2016a年；Xing等人，2024年）。它在耦合物理-生物地球化学-生物过程方面起着关键作用，极大地影响着水动力条件、物质和能量的传输、初级生产力以及渔业资源（Ferrari，2011年；Woodson和Litvin，2015年；Wei等人，2020年，2022年；Belkin，2021年）。由于其在物理和生物地球化学-生态方面的重大意义，锋面不仅成为物理海洋学的重点研究对象，也是跨学科研究的重要方面。跨架穿行锋面（CPF）是一种特殊的海洋锋面类型，其特点是盐度和温度等海洋属性从平均状态直接向外延伸较大距离（L. He等人，2010年；Yuan等人，2010年）。CPF通常具有约100公里的宽基底，穿行距离超过50公里（L. He等人，2010年；Z. He等人，2024年）。与大致沿等深线分布的近岸锋面相比，CPF的发生可以导致物质在较远距离上的跨架传输（Li等人，2003年；Yuan等人，2005年；L. He等人，2010年；Z. He等人，2024年），因此在调节沿海和大陆架海洋生态系统方面可能发挥重要作用。
早先，Li等人（2003年，2023年）利用卫星获取的海表温度（SST）和海洋颜色图像首次在南大西洋湾发现了CPF，并指出其与平流过程相关，而非扩散或不稳定的斜压过程。在东亚海（ECS）中，Yuan等人（2005年）首次基于叶绿素-a（Chl-a）的卫星观测注意到了CPF，这些CPF大多发生在浙江-福建海岸附近。此外，Changjiang河口处的水文观测也发现了一个CPF，该CPF伴随着一股将近岸淡水输送到ECS中间20米水层的跨架急流（Yuan等人，2010年）。基于卫星观测的统计分析表明，ECS海架上的CPF具有显著的季节性和年际变化特征，夏季和冬季发生的CPF比春季和秋季更多（L. He等人，2010年）。CPF的时间尺度可以从几天持续到一个月；其空间穿行距离大多在100至200公里之间，最大延伸距离可达到大陆架边缘的Kuroshio流（L. He等人，2010年）。最近，Ye等人（2022年）进一步描述了CPF在夏季的发展过程，并展示了其各个阶段的特点，包括形成、成熟和衰减。一些关于ECS中CPF机制的研究认为，与沿岸差异性潮汐混合有关的密度跃层波动（Wu，2015年）以及风驱动的沿岸流与台湾暖流（TWC，图1a）的汇合（L. He等人，2010年；Yuan等人，2005年，2010年）是导致CPF形成的两大主要机制（Z. He等人，2024年）。研究还探讨了风对CPF形成的影响（Ye等人，2022年，2024年；Cong等人，2023年；Z. He等人，2024年），并且台风引起的向南延伸的长江水柱羽流是夏季CPF形成的重要前提条件（Ye等人，2022年）。此外，不规则的沿海地形（Li等人，2023年；Zhou和Wu，2023年，2025年）、跨架电流的天气尺度波动（Xuan等人，2017年，2021年；Liu等人，2023年；Ma等人，2024年）、河流羽流的正压或斜压不稳定性（Chen等人，2008年；Yankovsky和Chapman，1997年）以及锋面波（Yin和Huang，2016年）也被认为是CPF形成的其他可能机制。
以往的研究主要基于卫星数据和/或数值模型，探讨了ECS中CPF的水动力过程。的确，CPF在ECS海架上的跨架海水传输中起着关键作用（Yuan等人，2005年；He等人，2010年；Ren等人，2015年；Ding等人，2024年；Z. He等人，2024年）。这突显了CPF在调节生物地球化学-生态过程中的潜在重要性。实际上，从浙江海岸出发、尖锐指向ECS中部的三角形高叶绿素-a区域清楚地表明了CPF的生态功能（L. He等人，2010年；Z. He等人，2024年；Ye等人，2024年）。现场观察进一步证实了CPF主导区域的高叶绿素-a值（Ding等人，2024年）。然而，由于CPF难以直接观测，在数据稀缺的情况下，从跨学科和现场观测的角度进行的研究非常有限，且很少有研究关注CPF的空间变异性和垂直结构。此外，以往的报告案例研究大多集中在夏季、秋季和冬季，而较少涉及春季。
在本研究中，基于2021年4月对ECS海架的现场观测和卫星数据，我们旨在探讨春季CPF的空间变异性及其潜在的动力机制，并探索其对生物地球化学-生态过程的响应及其影响。这些结果可能有助于深入理解CPF及其对物理-生物地球化学-生态耦合过程的影响，为CPF主导区域的生态动态模拟提供科学依据。
部分摘录
研究区域
研究区域（图1a）位于ECS的内陆和中部大陆架上。受季节性变化的风暴潮驱动，浙江-福建海岸附近形成了浮力性的浙闽沿岸流（ZMCC），该流在冬季向南流动，在夏季向北流动（Zeng等人，2012年）。它与冬季长江稀释水（CDW）的扩展密切相关（Liu等人，2021年），这更有利于沿浙江-福建海岸向下流动的沿岸流。
水文条件
盐度、温度和密度的水平分布见图2a-r。在表层和10米层（图2a和b）中，可以观察到从浙江海岸沿S3剖面向外延伸的明显低盐度水域（盐度<32.5）。这些水域通常具有低温（<16.5°C）（图2g和h）和低密度（图2m和n）。这种现象在20米和30米层（图2c和d）中也有所体现，但整体盐度有所增加。
CPF及其潜在的动力机制
如图2a和b所示，从近岸区域开始的明显舌状低盐度水域表明S3剖面附近存在一个CPF。该锋面向东南方向延伸，穿透距离超过200公里，到达研究区域的最外围。向外流动的冷水和低密度水（图2g、h、2m和2n）进一步证实了CPF的存在。根据卫星获取的SST和SSS图像（图1b和c），该锋面呈东南方向延伸。
结论与备注
本研究主要基于2021年4月ECS海架的现场观测和遥感数据，从跨学科视角探讨了春季CPF的空间变异性、潜在的动力机制及其生物地球化学-生态响应。结果有助于深入理解CPF及其对物理-生物地球化学-生态耦合过程的影响，可能为CPF主导区域的生态动态模拟提供科学依据。
CRediT作者贡献声明
Qinsheng Wei：写作 – 审稿与编辑、原始稿件撰写、可视化、项目管理、数据分析、概念构建、方法设计、资金申请、监督、验证、软件开发。 Ming Xin：数据收集与分析。 Bin Zhao：数据收集与分析。 Yang Zheng：数据收集与分析。 Qicheng Meng：验证。 Xing Zhai：数据收集与分析。 Yawen Zou：数据收集与分析。 Linping Xie：数据收集与分析。 Xia Sun：数据收集与分析。 Baodong Wang：验证。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了中国国家自然科学基金（NSFC）（项目编号41876085、U23A2033和42476044）、中国国家公共研究机构基本科研业务费（项目编号2024Q05）以及联合国海洋科学促进可持续发展十年项目/计划的支持（全球海洋负碳排放、全球ONCE；黑潮边缘交换与大陆架生态系统、亚洲水域的沿海氧气与缺氧现象）。数据和样本的获取也得到了相关机构的支持。
Qinsheng Wei|Ming Xin|Bin Zhao|Yang Zheng|Qicheng Meng|Xing Zhai|Yawen Zou|Linping Xie|Xia Sun|Baodong Wang
