专栏名称: 生命的智慧
华东师范大学课程《海洋与生命》《水生生物学》《动物学》和《水生生物学原理与进展》师生们的学习感悟。
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Nature | 海洋浮游植物水华为啥越来越多?

生命的智慧  · 公众号  ·  · 2024-11-04 20:32

主要观点总结

本文研究了21世纪沿海浮游植物水华的扩展与加剧。利用卫星数据绘制了全球沿海藻类大量繁殖地图,并分析了水华的空间和时间模式。研究发现,全球受浮游植物水华影响的面积在扩大,特别是在欧洲和北美。海表温度升高、气候变化以及人为营养物富集的变化都是影响水华发生和趋势的重要因素。

关键观点总结

关键观点1: 研究方法

研究中使用了遥感反射数据和国际照明委员会(CIE)创建的二维颜色空间来自动检测水华。算法性能通过排除大型藻类的影响并验证卫星检测到的水华事件来评估。

关键观点2: 统计结果

在调查的153个沿海国家中,有126个国家出现了浮游植物水华。受影响的总面积相当于全球陆地面积的24.2%和全球海洋面积的8.6%。欧洲和北美洲的水华面积最大,而非洲和南美洲的水华频率最高。

关键观点3: 长期趋势

全球受水华影响的总面积在2003年至2020年期间扩大了397万平方公里,相当于每年14万平方公里。全球平均水华频率增长率为59.2%。海表温度的升高以及气候变化和人为营养物富集的变化都是影响水华趋势的重要因素。

关键观点4: 影响因素

研究发现海表温度升高会促进水华的发生。气候变化会影响海洋环流和营养物质的运输,从而影响海洋浮游植物水华的形成。人为营养物富集的变化也是促进水华趋势的重要因素之一。


正文

21世纪沿海浮游植物水华的扩展与加剧


摘要

浮游植物水华是微藻在淡水和海洋水体表层的聚集。

由于在空间和时间上的巨大异质性藻类大量繁殖很难在大范围内描述其特征。为了填补这一知识空白,这个团队开发了一种绘制全球沿海藻类大量繁殖地图的方法,基于Aqua卫星的浮游植物水华发生数据集,以描述全球沿海海洋藻类水华的空间和时间模式。

PART 1

研究方法



01

自动检测水华方法

在该研究中,三个可见波段(红、绿、蓝)的遥感反射数据被转换到国际照明委员会(CIE)创建的二维颜色空间中。其中CIE色度图上的位置表示人眼感知的颜色。由于淡水湖中的浮游植物水华显示为绿色,因此预计含有水华的像素的反射算率分布在CIE色度图的绿色色域中;水华越强,距离图的上边界越近(水越绿)。

Y值表示荧光强度


02

算法性能评估

1.CIE-荧光算法可以排除大型 藻类(马尾藻和石莼)对检测浮 游植物水华的影响。

2.利用HAEDAT(有害藻类事件数据库)数据集现场报告的水华事件验证了卫星检测到的 浮游植物水华。对于HAEDAT数据集中的每个水华事件,我们获 得了所报告的水华时期的所有MODIS图像。结果表明,全球 79.3%的水华事件被卫星成功识别。


PART 2

统计结果



a.基于每日空间分布卫星探测的年平均水华数量的空间分布      在调查的153个沿海国家中,有126个国家出现了浮游植物水华。受水华影响的总向积为3147万平方公里, 当于全球陆地面积的24.2%和全球海洋面积的8.6%


欧洲(952万平方公里占受影响总面积的30.3%)和北美洲(678万平方公里占受影响总面积的21.5%)的水华面积最大。相比之下,最频繁的水华出现在非洲和南美洲。澳大利亚经历了最低的水华频率和受影响面积。



PART 3

长期趋势



a.在1×1网格尺度上水华频率变化趋势的空间格局

2003年至2020年期间,全球受水华影响的总面积扩大了397万平方公相当于每年14万平方公里。此外,水华显著扩张的国家数目约为呈下降趋势的国家数目的1.6倍。在观察期内,全球平均水华频率增长率为59.2%。在空间上,水华频率显著增加趋势的区域比呈相反趋势的区大77.6%。


b.年平均水华频率和全球受水华影响总面积的变化趋势

在全球范围内,揭示了2003年至2020年间水华影响区域与水华频率之间的总体一致波动。但是在过去的20年中,23个国家和10个大型海洋生态系统中的水华范围和频率之间没有显著的关系。强调了藻类水华的空间和时间变化以及持续卫星监测的重要性


PART 4

影响因素



01

海表温度(SST)的升高会刺激水华的发生,我们发现年平均水华频率与符合的海表温度数据之间存在显著的正相关。

02

气候变化也会影响海洋环流,改营养物质的运输,从而推海洋浮 植物水华形成。使用海温梯度作为海洋中尺度海流大小的代表。与SST相 比,SST的趋势似乎在空间上更符合水华频率。

03







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