近日，中國科學(xué)院南海海洋研究所熱帶海洋環(huán)境實(shí)驗(yàn)室（LTO）陳更新團(tuán)隊(duì)利用長達(dá)17年的全球 Biogeochemical-Argo（BGC-Argo）浮標(biāo)觀測數(shù)據(jù)，深入剖析了海洋熱浪對全球浮游植物垂直分布結(jié)構(gòu)的影響。近日，該研究成果以LTO博士研究生馬雪瑩為論文第一作者，陳更新研究員為通訊作者，發(fā)表在國際期刊Communications Earth & Environment上。
隨著全球變暖的持續(xù)加劇，過去幾十年來，海洋熱浪的發(fā)生頻率顯著上升，持續(xù)時(shí)間也不斷延長，給海洋生態(tài)系統(tǒng)帶來了嚴(yán)重威脅。浮游植物作為海洋的初級生產(chǎn)者，支撐著整個(gè)海洋食物網(wǎng)，并在全球碳循環(huán)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，主要分布于海洋上層200米以內(nèi)的水體。然而，既有研究多集中于浮游植物在近表層對海洋熱浪的響應(yīng)，難以反映其在水體內(nèi)部的垂直結(jié)構(gòu)變化。因此，關(guān)于海洋熱浪如何影響浮游植物垂直分布的機(jī)制，我們?nèi)匀狈ο到y(tǒng)性的理解。
本研究結(jié)合BGC-Argo浮標(biāo)的生物地球化學(xué)及物理參數(shù)的垂直剖面數(shù)據(jù)，首次在全球尺度上識別并總結(jié)了浮游植物對海洋熱浪的四種典型垂向響應(yīng)類型（圖1）。這些垂直響應(yīng)類型在時(shí)間和空間尺度上均表現(xiàn)出顯著差異，具體可分為以下四類：（1）增強(qiáng)型：上層水體葉綠素 a 濃度顯著上升，主要分布于高緯度海域；（2）減弱型：上層水體葉綠素 a 濃度明顯下降，主要出現(xiàn)在熱帶與副熱帶海域；（3）次表層反轉(zhuǎn)型-NP：表層葉綠素 a 濃度下降，次表層濃度升高，在赤道印度洋尤為顯著；（4）次表層反轉(zhuǎn)型-PN：表層濃度升高，次表層濃度降低，在赤道大西洋最為常見（圖2）。進(jìn)一步研究表明，海洋熱浪的發(fā)生顯著促進(jìn)了次表層葉綠素最大值層（Deep Chlorophyll Maximum,DCM）的形成與發(fā)展，顯著影響了其深度位置與強(qiáng)度變化。
通過對典型極端海洋熱浪事件的深入分析，研究進(jìn)一步揭示了海洋熱浪的垂向結(jié)構(gòu)通過改變不同深度的光照、溫度與營養(yǎng)鹽環(huán)境，進(jìn)而影響浮游植物的垂直分布格局與空間重分布過程。
本研究首次在全球尺度上提供了海洋熱浪期間全球浮游植物垂直分布結(jié)構(gòu)變化的直接觀測證據(jù)，識別出四種主要的垂直響應(yīng)結(jié)構(gòu)，豐富了我們對浮游植物應(yīng)對海洋極端氣候事件行為的認(rèn)知，為未來海洋生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)氣候變化的預(yù)測提供了觀測基礎(chǔ)與理論支持。
本研究得到了國家自然科學(xué)基金、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金和中國科學(xué)院南海海洋研究所基金的共同資助。
相關(guān)論文信息：Ma,X.,& Chen,G. (2025). Marine heatwaves are shaping the vertical structure of phytoplankton in the global ocean. Communications Earth & Environment,6(1),715.
文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s43247-025-02718-y
圖1?海洋熱浪期間葉綠素 a（Chla）剖面的時(shí)空分布
a：記錄海洋熱浪（MHWs）事件的葉綠素 a 剖面在全球的空間分布。b：海洋熱浪期間（紅色柱狀）與非海洋熱浪期間（灰色柱狀）每年的葉綠素 a 剖面數(shù)量。c–f：海洋熱浪期間四種垂直葉綠素異常類型的典型案例（紅色實(shí)線，單位：mg m?3）：c：在季節(jié)性冰區(qū)的增強(qiáng)型葉綠素異常；d：黑潮區(qū)域的減弱型葉綠素異常；e：赤道印度洋的次表層反轉(zhuǎn)型-NP；f：赤道大西洋的次表層反轉(zhuǎn)型-PN。c–f 中的灰色陰影表示標(biāo)準(zhǔn)差。c–f數(shù)字表示在海洋熱浪期間識別出的對應(yīng)垂直異常類型的葉綠素剖面數(shù)量，括號內(nèi)的數(shù)字表示海洋熱浪期間的葉綠素剖面總數(shù)。
圖2?海洋熱浪（MHWs）期間垂直葉綠素 a 異常的時(shí)空分布
a：海洋熱浪（MHW）期間（紅線）與非 MHW 期間（黑線）葉綠素 a 剖面數(shù)量的緯向分布。b：全球海洋中葉綠素 a 濃度異常的緯向分布。c：基于 BGC-Argo 觀測，15 個(gè)區(qū)域內(nèi)海洋熱浪期間不同類型垂直葉綠素 a 異常的比例分布。綠色表示減弱型（Weakened）、黃色表示增強(qiáng)型（Intensified）藍(lán)色和粉色分別表示兩類次表層反轉(zhuǎn)型（NP 和 PN）。d：海洋熱浪期間各月主導(dǎo)的垂直葉綠素 a 異常類型（填色），以及各類型在當(dāng)月 MHW 剖面中的占比（青色線條）。
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