一幅海岸带藻华卫星图，右下角大大地写着“MURKY WATERS”（浑浊的海水），这是3月9日的《自然》杂志封面。

登上这期封面文章的是南方科技大学环境科学与工程学院副教授冯炼团队的最新研究成果。

他们通过构建海洋浮游植物藻华遥感自动识别算法，揭示了2003—2020年全球海岸带藻华的整体增加趋势，首次提供了在时间和空间上一致性观测下的全球海岸带藻华分布特征。该研究绘制的藻华暴发地图为了解藻华形成、维持和消散机制提供了至关重要的信息。

3月9日《自然》封面图

在近期发表的《自然》研究简报中，期刊编辑团队对该成果评价道，这项研究因全面记录了全球范围内沿海浮游植物的动态变化而脱颖而出，该研究提出的藻华暴发面积和频率的总体上升趋势，以及藻华暴发与海洋表面变暖之间的联系等发现，与海洋健康及其管理密切相关。

近20年来全球海岸带藻华扩大

浮游植物是指在水中以浮游状态生活的微藻类，当大量藻类细胞聚集在一起时便会形成藻华。而海洋浮游植物藻华暴发形成的赤潮，容易造成海水水质恶化、水体缺氧、鱼类死亡，甚至能影响人类健康，已成为危害海洋生态系统最严重的问题之一。

在该研究中，研究团队构建了基于叶绿素荧光与CIE颜色空间的藻华遥感自动分类算法，并利用2003-2020年间76万张卫星遥感数据，实现了对全球海岸带藻华一致性的动态监测。

观测发现，海岸带藻华频繁暴发于海洋东边界流区域、美国东北部沿海、拉丁美洲沿海、波罗的海、黑海北部以及阿拉伯海等区域。

此外，在研究覆盖的153个邻海国家中，有126个国家的海岸带区域曾暴发过藻华。全球藻华影响海域总面积达3147万平方公里，其中欧洲与北美洲占比最大，分别为952万平方公里（30.3%）和678万平方公里（21.5%）。 

尤其值得关注的是，近20年来，全球的海岸带藻华影响面积增加了13.2%，而藻华发生频率增加了59.2%。

研究表明，在全球范围内，六大沿岸洋流系统的藻华发生频率增加最多，其中包括亲潮、阿拉斯加洋流、加那利洋流、马尔维纳斯洋流、湾流和本格拉洋流。此外，墨西哥湾北部、中国东南沿海区域的藻华发生频率也呈现出增强趋势。

在北半球低纬度（北纬30度以南）海域藻华主要呈减弱趋势，如加利福尼亚洋流、阿拉伯海等区域。在高纬度地区，藻华频率减弱的现象主要发生在北大西洋的东北部海域，以及北太平洋西北部的鄂霍次克海。

此外，几乎整个南半球的藻华发生频率呈增加趋势。

洋流温度与藻华暴发频率正相关

该研究发现，海洋温度和环流的变化会改变海洋分层状态与营养物质的运输，进而影响浮游植物的生长和藻华的形成。

通过分析藻华发生频率与海洋表面温度、海洋表面温度梯度的相关关系，发现在高纬度地区(北纬40度以北)，如阿拉斯加洋流、亲潮和波罗的海，其年平均藻华发生频率与同期的海洋表面温度呈显著的正相关。而海洋表面温度梯度与藻华暴发频率在很多区域也呈现出更为显著的正相关，如加那利洋流、马尔维纳斯洋流、加利福尼亚洋流、本格拉洋流以及湾流。

“藻华发生频率与海洋表面温度的变化趋势在许多海域并不一致, 例如热带与亚热带的藻华减弱区。”论文通讯作者冯炼介绍，亚热带东边界上升流区域的藻华发生频率趋势与中尺度洋流的变化相一致。例如，在加利福尼亚洋流系统中，藻华发生频率的降低可能是由于上升流减弱导致的海底营养供应减少。相反，加那利和本格拉洋流的特点是上升流增强与藻华发生频率增加。高纬度地区的两个西边界流系统（马尔维纳斯和亲潮），虽然上升流表现较不明显，但其藻华的变化机制与亚热带东边界流区域相似。

“海洋中尺度洋流的变化是否受风、海洋分层、洋流切变等其他因素的影响还需要进一步的区域化研究。”冯炼表示。

为海洋环境建设提供数据决策

卫星图像已被广泛用于监测内陆和沿海水域的藻华。然而，由于受藻华影响和无藻华水域之间的水体光学特性存在明显差异，不同类型沿海水域的光学特征也有着巨大差异，对藻华的时空动态变化监测带来了巨大的挑战。

因此，很长一段时间以来都没有可靠的遥感方法用于观测藻华的全球规模。

自1985年以来，联合国教科文组织政府间海洋学委员会有害藻类事件数据库(HAEDAT)已在全球范围内汇编了藻华造成的赤潮事件，但由于调查采样工作频率在时序上的不一致（特别是近年来观测频次显著增加），以及生态环境或社会经济影响的多样性，该数据集的出现仍难以确定全球海岸带赤潮暴发的趋势。

一直以来，冯炼聚焦内陆湖泊与河口海岸带水环境遥感、气候变化和人类活动与水生态的相互作用机制、水环境遥感传感器设计与辐射定标等展开研究。

在该研究中，冯炼团队基于叶绿素荧光与CIE颜色空间的藻华遥感自动分类算法，通过利用卫星遥感长时序、周期性、大范围等观测优势，弥补了目前对全球海岸带藻华变化趋势的认知缺陷。

“我们的研究有望用于开发区域或全球海洋相关的预测模型，有助于为处理水体营养物质排放、降低有害藻华暴发等海洋环境问题提供数据决策，进一步减轻海洋污染造成的人类社会和经济利益损失。”冯炼说道。

冯炼表示，目前，该研究还无法区分藻类水华的浮游植物种类，了解这些信息将进一步理解不同类型的藻华对海洋环境的影响。此外，卫星探测到的藻类水华仅代表海洋表面含有大量浮游植物生物量的藻类水华，但了解这些藻华是否含有毒性，以及对环境造成多大程度的危害，还需要进一步研究。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-023-05760-y