近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室（LTO）詹海刚研究团队在海洋热浪影响浮游植物方面取得新进展。相关研究成果以“Shifting Responses of Phytoplankton to Atmospheric and Oceanic Forcing in a Prolonged Marine Heatwave”为题发表于国际著名期刊Limnology and Oceanography《湖沼与海洋》，LTO詹伟康助理研究员为论文第一作者，詹海刚研究员为通讯作者。
海洋热浪是指发生在海洋中的极端高温事件，其形成机制包括大气强迫（如太阳辐射、感热、潜热、风等）和海洋动力过程（如海洋平流、层结、垂向混合、上升流和Ekman抽吸等），这些机制通过改变海洋混合层的营养盐供应或光照条件，对全球海洋浮游植物的分布与变化产生广泛的影响。当海洋热浪持续时间较短且机制较为单一时，浮游植物的响应通常变化不大。然而，对于一些持续时间较长的海洋热浪，其主导驱动因素可能会发生改变，这是否会对浮游植物响应带来重大转变目前还不清楚。另外，以往的研究主要关注热浪对海水叶绿素的影响，很少涉及浮游植物生物量和群落结构的响应。
研究团队基于卫星遥感和Argo数据，发现发生在2015-2016年间热带东南印度洋的一个长热浪事件中（持续时长达372天），尽管表层海水表现出一致性增温信号，卫星观测的浮游植物（叶绿素浓度、生物量和粒径结构）响应却出现显著差异（图1）。在热浪的前半阶段（阶段1），海表叶绿素浓度和浮游植物生物量略微增加，整体的浮游植物粒径结构基本不变；然而在热浪的后半阶段（阶段2），叶绿素浓度和浮游植物生物量显著下降，且整体的群落结构朝更小粒径浮游植物转变。
浮游植物的不同响应主要受海洋热浪的不同物理驱动因素调控。阶段1海表增温主要受大气因素（海表净热通量增加）主导，此阶段混合层变浅，近表层水体层结增强，但同时也存在上升开尔文波，这些因素使得该阶段混合层内总体营养盐变化不大，因而叶绿素和生物量等变动不大。阶段2海洋热浪则主要受海洋过程（下沉开尔文波）主导，此阶段海洋波动大大减弱了该海域的季节性上升流，导致混合层内营养盐显著减少，造成叶绿素浓度和生物量的下降，进而扩大小粒径浮游植物的生长优势（图2）。研究团队进一步对该海域1998-2020期间所有热浪事件进行统计分析，结果表明由大气主导的海洋热浪倾向于增加该海域浮游植物叶绿素浓度和生物量，而海洋过程主导的热浪则相反，与2015/2016的长热浪事件基本一致。
上述结果表明，即使在同一个海洋热浪事件中，因为主要驱动因素的变化，浮游植物响应也可能会发生显著转变。由于表层变暖信号的连续性，这种转变很容易被忽视。因此，在综合评估海洋热浪（尤其是长期热浪）对浮游植物的影响时，必须关注整个事件中驱动机制的变化。特别是在全球变暖背景下，海洋热浪的发生频次将增加，持续时间将变长，对海洋热浪物理机制进行厘清和分类显得更有必要。
本研究得到了科技部重点研发计划项目（No. 2022YFC3103800）、中科院国际合作项目（No. 133244KYSB20190031）、国家自然科学基金（Nos. 42276186, 42276027, 42106169, 42006026, 41906026）、中科院青促会（No. 2021343）、南海海洋研究所发展项目（No. SCSIO202204）、广东省基金（No. 2023A1515010966）、广州市科技计划项目（Nos. 202201010487, 2023A04J0188）、热带海洋环境国家重点实验室自主项目（No. LTOZZ2102）、以及中国-斯里兰卡联合科教中心的共同资助。
相关论文信息：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
图1. 2015/2016热带东南印度洋（a）海洋热浪累积强度和（b）海表温度时间序列。（c-f）热浪期间叶绿素浓度（Chl）、生物量（Cphyto）、细胞着色度（θ）和群落结构（CSD slope）时间序列。其中红线为热浪期间的量值，蓝线为气候态平均值，蓝色阴影表示一倍标准差范围，灰色阴影表示热浪时间段。
图2. 2015/2016 热带东南印度洋海洋热浪影响浮游植物机制图。
附件下载：