近日，中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所熱帶海洋環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（LTO）詹海剛研究團(tuán)隊(duì)在海洋熱浪影響浮游植物方面取得新進(jìn)展。相關(guān)研究成果以“Shifting Responses of Phytoplankton to Atmospheric and Oceanic Forcing in a Prolonged Marine Heatwave”為題發(fā)表于國(guó)際著名期刊Limnology and Oceanography《湖沼與海洋》，LTO詹偉康助理研究員為論文第一作者，詹海剛研究員為通訊作者。
海洋熱浪是指發(fā)生在海洋中的極端高溫事件，其形成機(jī)制包括大氣強(qiáng)迫（如太陽(yáng)輻射、感熱、潛熱、風(fēng)等）和海洋動(dòng)力過(guò)程（如海洋平流、層結(jié)、垂向混合、上升流和Ekman抽吸等），這些機(jī)制通過(guò)改變海洋混合層的營(yíng)養(yǎng)鹽供應(yīng)或光照條件，對(duì)全球海洋浮游植物的分布與變化產(chǎn)生廣泛的影響。當(dāng)海洋熱浪持續(xù)時(shí)間較短且機(jī)制較為單一時(shí)，浮游植物的響應(yīng)通常變化不大。然而，對(duì)于一些持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的海洋熱浪，其主導(dǎo)驅(qū)動(dòng)因素可能會(huì)發(fā)生改變，這是否會(huì)對(duì)浮游植物響應(yīng)帶來(lái)重大轉(zhuǎn)變目前還不清楚。另外，以往的研究主要關(guān)注熱浪對(duì)海水葉綠素的影響，很少涉及浮游植物生物量和群落結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。
研究團(tuán)隊(duì)基于衛(wèi)星遙感和Argo數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)發(fā)生在2015-2016年間熱帶東南印度洋的一個(gè)長(zhǎng)熱浪事件中（持續(xù)時(shí)長(zhǎng)達(dá)372天），盡管表層海水表現(xiàn)出一致性增溫信號(hào)，衛(wèi)星觀測(cè)的浮游植物（葉綠素濃度、生物量和粒徑結(jié)構(gòu)）響應(yīng)卻出現(xiàn)顯著差異（圖1）。在熱浪的前半階段（階段1），海表葉綠素濃度和浮游植物生物量略微增加，整體的浮游植物粒徑結(jié)構(gòu)基本不變；然而在熱浪的后半階段（階段2），葉綠素濃度和浮游植物生物量顯著下降，且整體的群落結(jié)構(gòu)朝更小粒徑浮游植物轉(zhuǎn)變。
浮游植物的不同響應(yīng)主要受海洋熱浪的不同物理驅(qū)動(dòng)因素調(diào)控。階段1海表增溫主要受大氣因素（海表凈熱通量增加）主導(dǎo)，此階段混合層變淺，近表層水體層結(jié)增強(qiáng)，但同時(shí)也存在上升開(kāi)爾文波，這些因素使得該階段混合層內(nèi)總體營(yíng)養(yǎng)鹽變化不大，因而葉綠素和生物量等變動(dòng)不大。階段2海洋熱浪則主要受海洋過(guò)程（下沉開(kāi)爾文波）主導(dǎo)，此階段海洋波動(dòng)大大減弱了該海域的季節(jié)性上升流，導(dǎo)致混合層內(nèi)營(yíng)養(yǎng)鹽顯著減少，造成葉綠素濃度和生物量的下降，進(jìn)而擴(kuò)大小粒徑浮游植物的生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)（圖2）。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步對(duì)該海域1998-2020期間所有熱浪事件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明由大氣主導(dǎo)的海洋熱浪傾向于增加該海域浮游植物葉綠素濃度和生物量，而海洋過(guò)程主導(dǎo)的熱浪則相反，與2015/2016的長(zhǎng)熱浪事件基本一致。
上述結(jié)果表明，即使在同一個(gè)海洋熱浪事件中，因?yàn)橹饕?qū)動(dòng)因素的變化，浮游植物響應(yīng)也可能會(huì)發(fā)生顯著轉(zhuǎn)變。由于表層變暖信號(hào)的連續(xù)性，這種轉(zhuǎn)變很容易被忽視。因此，在綜合評(píng)估海洋熱浪（尤其是長(zhǎng)期熱浪）對(duì)浮游植物的影響時(shí)，必須關(guān)注整個(gè)事件中驅(qū)動(dòng)機(jī)制的變化。特別是在全球變暖背景下，海洋熱浪的發(fā)生頻次將增加，持續(xù)時(shí)間將變長(zhǎng)，對(duì)海洋熱浪物理機(jī)制進(jìn)行厘清和分類(lèi)顯得更有必要。
本研究得到了科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（No. 2022YFC3103800）、中科院國(guó)際合作項(xiàng)目（No. 133244KYSB20190031）、國(guó)家自然科學(xué)基金（Nos. 42276186, 42276027, 42106169, 42006026, 41906026）、中科院青促會(huì)（No. 2021343）、南海海洋研究所發(fā)展項(xiàng)目（No. SCSIO202204）、廣東省基金（No. 2023A1515010966）、廣州市科技計(jì)劃項(xiàng)目（Nos. 202201010487, 2023A04J0188）、熱帶海洋環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主項(xiàng)目（No. LTOZZ2102）、以及中國(guó)-斯里蘭卡聯(lián)合科教中心的共同資助。
相關(guān)論文信息：Zhan, W., Zhang, Y., He, Q. and Zhan, H*. (2023), Shifting responses of phytoplankton to atmospheric and oceanic forcing in a prolonged marine heatwave. Limnology and Oceanography. https://doi.org/10.1002/lno.12388
圖1. 2015/2016熱帶東南印度洋（a）海洋熱浪累積強(qiáng)度和（b）海表溫度時(shí)間序列。（c-f）熱浪期間葉綠素濃度（Chl）、生物量（Cphyto）、細(xì)胞著色度（θ）和群落結(jié)構(gòu)（CSD slope）時(shí)間序列。其中紅線為熱浪期間的量值，藍(lán)線為氣候態(tài)平均值，藍(lán)色陰影表示一倍標(biāo)準(zhǔn)差范圍，灰色陰影表示熱浪時(shí)間段。
圖2. 2015/2016 熱帶東南印度洋海洋熱浪影響浮游植物機(jī)制圖。
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