作者:段歆涔 来源:中国科学报 发布时间:2013-10-17 9:37:13
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世界大洋评估:海洋健康大体检
联合国将建立首个全球性海洋长期生态监测项目

 
明年,联合国打算完成其首个世界海洋评估。该评估不仅及时,而且非常重要。
 

加州海洋渔业合作调查重点关注美国西海岸的海洋状况。图片来源:James Wilkinson
 
明年,联合国打算完成其首个世界海洋评估(类似于政府间气候变化专门委员会的定期工作汇报)。该评估不仅及时,而且非常重要:全世界的海洋正在受到很多人类活动的威胁,包括污染物、径流污水、过度捕捞、气温升高、土地酸化。当前的海洋观测项目仍达不到预定的目标。
 
数据缺失
 
诸如气温、盐度和叶绿素含量的变化一直由卫星、水柱漂浮装置和传感器阵列进行全球监控。相比之下,海洋生态监测系统则严重不足,并由于难度大耗费高,而一直被忽视。结果是,对包含海洋生态系统很大部分的浮游植物、浮游动物和弱泳生物(磷虾和小鱼)的监测,只是一种权宜之计,不具有系统性和组织性。
 
大部分自然的海洋过程都具有时间尺度差异。为了弄清由气候变化所导致的转换时间,观察的时间跨度通常有50年或更久。忽视生态监测使得海洋科学界缺失这样的长期性数据。国际海洋生物普查计划旨在在全球范围内研究海洋多样性,但仅持续十年的时间。目前,只有两个海洋生态数据库能符合长期性的要求,但每一个都有局限。
 
一个全球海洋观测网络需要在未来五年内建立,提供未来一个世纪海洋健康评估的基准线。与物理海洋学数据一起,这个网络必须跟踪全世界海洋生态系统的物种状态。
 
数十年的监测
 
生态时间序列研究在海洋研究领域中就像一个灰姑娘——长期被忽视,躲在角落里看着其他人站在舞台中央,享受万千宠爱。但现在,她忽然发现自己在气候变化的舞会上成为了耀眼的新星。
 
2012年的一份报告显示:栖息在加利福尼亚海岸中层海水(200米至1000米深),原本数量丰富的24种鱼类的数量减少了63%,极有可能是因为海水中的含氧量减低的缘故。该研究以生态学和加利福尼亚海洋渔业合作调查(CalCOFI)的海洋时间序列数据为基础,其中CalCOFI的数据从1951年起便开始记录。这份报告出台后在学界产生了极大反响,生态时间序列研究的地位也焕然一新。
 
海水中层的含氧量减少是全球变暖意料之中的结果,因为水温会影响海水的分层、混合以及通风换气的效果。加州南部海域栖息着种类繁多的鱼类,其范围自寒冷的北太平洋一直延伸到温暖的亚热带海域。北太平洋海洋科学组织于2012年的年会上决定成立一个特别会议,专门对北太平洋水域的含氧量降低这一趋势进行评估。
 
对海洋中层进行监测对于判断海洋是否健康至关重要,因此中层海水是整个海洋新陈代谢的引擎:从表层海水向下沉淀的有机物,有90%在中层海水中被处理;同时,栖息在中层海水的鱼类也远比表层海水的鱼类多。据推算,全球栖息在海洋中层的生物量可达10亿至100亿吨,这一数量大大超过可用于商业捕捞的鱼类数量(少于1000万吨)。
 
许多栖息于中层海水的鱼类白天在海水中层活动躲避捕食者,到了晚上则游到表层海水去觅食,这是地球上最大规模的动物大迁徙。生活在中层海水的鱼类是浮游生物最主要的捕食者,同时也是更高级食肉动物的猎物,并且还肩负着将碳元素带往深海的重任。
 
然而,为何海洋生态系统的时间序列统计这么少呢?因为绝大多数的海洋观察是以海岸或者渔业项目为目标的。海岸观测站所记录的数据很容易测到,比如水温、盐度以及叶绿素,这些数据对于分析海水的质量(藻类、营养、含氧量)和当地的航行条件(风向、水纹、洋流)至关重要。渔业调查则只专注于具有商业价值的鱼类,但通过轮船、拖船、滑翔机以及浮标这类工具所取得的海洋样本的变量相对于整个海洋系统来说实在太少,因为它们只能按照特定的方式来工作。
 
20世纪90年代,全球海洋观测系统(GOOS,由联合国政府间海洋学委员会成立)提出要在世界范围内建立监测网络,但是其有限的资金使得它不得不选择更加经济的测量手段。作为公海GOOS监测项目的一部分,Argo计划成功地在茫茫大海中布下了3000个左右的浮标用于监测水温和盐度。但是基于海岸观测的GOOS项目的关注重点是那些容易被观测到的数据,以及对当地海洋环境的风险评估。
 
GOOS项目的运行缺乏系统性。以美国为例,共有多达11家地方科学协会参与,每一家协会都使用自己独立的设备,而且缺乏生态观察是该项目的一大弊端。
 
GOOS将于11月在澳大利亚汤斯维尔市举行首届专家研讨会,商讨组建一个涵盖生物地球化学、生物学和生态系统领域的专家小组,以应对迫在眉睫的挑战。
 
经济可行性
 
目前,海洋科学界正处在非常尴尬的位置——被要求评估全世界的海洋状况,俣缺乏必要的手段。然而,按照CalCOFI的思路(同时满足海洋管理、海洋保护、海洋科学和基础设施需要),在经济上和技术上,海洋科学界有可能发展跨学科项目。
 
CalCOFI每年耗费约500万美元。在全球范围内开展类似的方案(约覆盖50个大型海洋生态系统)将需要每年总计2.5亿美元。如果现有的渔业和环境监测方案能相互协调,那么成本将会更低。
 
美国每年只需要3000万美元来监测其六大海洋生态系统,这一花销接近美国海洋观测计划(OOI)预计的一年5500万美元的运转费用。从2015年起,在25年的时间内,以几片海域为对象,OOI将提供一系列物理、化学、地质和生物的观察,但是只有少数物种观察被要求评估生态系统状态。(段歆涔)
 
《中国科学报》 (2013-10-17 第3版 国际)
 
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