海洋所研究揭示引發(fā)2021-2022年山東榮成海帶大規(guī)模死亡災(zāi)害的環(huán)境驅(qū)動(dòng)機(jī)制
海帶是我國(guó)最重要的經(jīng)濟(jì)海藻之一,山東榮成是我國(guó)重要的海帶產(chǎn)區(qū),年均產(chǎn)量占全省總產(chǎn)量的八成、全國(guó)的四成以上。2021年秋季至2022年春季,榮成沿海養(yǎng)殖區(qū)遭受了有史以來(lái)最嚴(yán)重的海帶潰爛死亡災(zāi)害,造成直接經(jīng)濟(jì)損失近20億元,使當(dāng)?shù)睾юB(yǎng)殖業(yè)遭受毀滅性打擊。災(zāi)后調(diào)查發(fā)現(xiàn),受災(zāi)期間當(dāng)?shù)睾S虻乃w透明度和營(yíng)養(yǎng)鹽狀況出現(xiàn)異常是導(dǎo)致海帶死亡的直接環(huán)境因素,但導(dǎo)致這些環(huán)境因素發(fā)生突變的原因是什么?未來(lái)是否還會(huì)發(fā)生類似災(zāi)害事件?能否提前預(yù)警和有效應(yīng)對(duì)?這些疑問(wèn)成為廣大養(yǎng)殖戶和政府管理部門迫切希望給予解答的重要科學(xué)問(wèn)題。
近日,Nature旗下top期刊Communications Earth & Environment在線刊發(fā)了中國(guó)科學(xué)院海洋地質(zhì)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王珍巖團(tuán)隊(duì)對(duì)引發(fā)2021-2022年山東榮成海帶大規(guī)模死亡災(zāi)害的環(huán)境驅(qū)動(dòng)機(jī)制的研究結(jié)果。
團(tuán)隊(duì)利用多學(xué)科遙感和現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù),追溯了誘發(fā)此次海帶大規(guī)模死亡災(zāi)害的多種致災(zāi)環(huán)境因素的形成過(guò)程?;诂F(xiàn)場(chǎng)水體調(diào)查數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)2021年秋季在華北地區(qū)發(fā)生的極端降雨事件引發(fā)黃河流域產(chǎn)生罕見(jiàn)的秋季大洪水,導(dǎo)致河流中高氮磷比的營(yíng)養(yǎng)鹽通量大幅增加,造成在渤海南部海域出現(xiàn)大范圍的赤潮過(guò)程和嚴(yán)重的磷限制營(yíng)養(yǎng)鹽條件(圖1)。遙感反演和水文環(huán)境觀測(cè)結(jié)果顯示,此次黃河秋季洪水導(dǎo)致在渤海南部海域形成了低鹽且呈現(xiàn)異常低濁度的山東半島沿岸流入侵過(guò)程(圖2),沿岸的浮標(biāo)觀測(cè)記錄也顯示出在2021年秋季發(fā)生了異于常年的低鹽水入侵。當(dāng)處于磷限制狀態(tài)的山東半島沿岸流向東沿岸遷移時(shí),會(huì)不斷與富含磷營(yíng)養(yǎng)鹽的近岸海水接觸,在鋒面區(qū)形成最優(yōu)的營(yíng)養(yǎng)鹽條件,進(jìn)而發(fā)生赤潮。發(fā)生赤潮的鋒面水體隨沿岸流向東擴(kuò)展而呈現(xiàn)出隨“鋒”遷移特征,不斷消耗沿途沿岸海水中的營(yíng)養(yǎng)鹽。上述復(fù)合過(guò)程導(dǎo)致2021年秋季在山東半島沿岸海域產(chǎn)生顯著的懸浮體濃度(濁度)負(fù)異常和葉綠素a濃度正異?,F(xiàn)象,即在沿岸流途經(jīng)海域出現(xiàn)異常的高海水透明度和赤潮高發(fā)海況。研究人員進(jìn)一步對(duì)可能影響海帶生長(zhǎng)的環(huán)境因子與海帶產(chǎn)量進(jìn)行了延遲相關(guān)性分析,得出榮成海域懸浮體濃度(濁度)和葉綠素a濃度兩種環(huán)境因子在年際尺度上對(duì)當(dāng)?shù)睾Мa(chǎn)量有顯著影響。

圖1? 2021年11月黃渤海海域水體營(yíng)養(yǎng)鹽特征
藍(lán)色虛線表示Redfield ratio (C:N:Si:P=106:16:16:1)

圖2? 2021年11月渤、黃海海域表層水體異常情況
(a) 海表面溫度異常;? (b)海表面溫度梯度異常;? (c)懸浮體濃度異常;? (d)葉綠素a濃度異常
上述過(guò)程揭示了因2021年秋季在華北地區(qū)發(fā)生的極端降雨事件引發(fā)在上千公里外的山東榮成沿海養(yǎng)殖區(qū)發(fā)生海帶大規(guī)模死亡災(zāi)害的連鎖環(huán)境過(guò)程及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制。該過(guò)程產(chǎn)生異常的低鹽度、強(qiáng)光照以及因赤潮引起的營(yíng)養(yǎng)鹽缺乏等環(huán)境條件是導(dǎo)致2021-2022年山東榮成海帶大規(guī)模死亡災(zāi)害的直接原因。

圖3? 華北極端降雨事件引發(fā)山東榮成海帶災(zāi)害的環(huán)境驅(qū)動(dòng)機(jī)制示意圖
已有研究表明,2021年秋季發(fā)生于華北內(nèi)陸的極端降雨事件歸因于熱帶印度洋-太平洋-大西洋海表面溫度異常產(chǎn)生的綜合影響。本文研究顯示,不僅低緯度熱帶海區(qū)的氣候異??梢酝ㄟ^(guò)遙相關(guān)作用引起數(shù)千公里外的中緯度內(nèi)陸地區(qū)發(fā)生極端降雨事件,內(nèi)陸發(fā)生的極端降雨事件也可能通過(guò)河流徑流及其引發(fā)的連鎖環(huán)境過(guò)程對(duì)上千公里外的沿海生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生巨大的災(zāi)害性影響。在全球變暖背景下,未來(lái)極端天氣事件發(fā)生的頻率和強(qiáng)度將不斷增加,類似的突發(fā)災(zāi)害事件也會(huì)越來(lái)越多。本文的研究結(jié)果將為山東半島沿岸海域海帶養(yǎng)殖業(yè)未來(lái)預(yù)警和類似災(zāi)害應(yīng)對(duì)提供科學(xué)依據(jù),也為探究因氣候變化引發(fā)的災(zāi)害事件的成因機(jī)制提供了科學(xué)啟發(fā)和參考。研究也表明,加強(qiáng)多學(xué)科、多手段綜合觀測(cè)和分析研究能力對(duì)于解析突發(fā)性極端天氣事件引發(fā)的海洋環(huán)境災(zāi)害的形成機(jī)制具有不可或缺的重要價(jià)值,相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和研究工作對(duì)于提高極端天氣事件的風(fēng)險(xiǎn)管理和防災(zāi)能力等具有重要意義。
論文第一作者為中國(guó)科學(xué)院海洋地質(zhì)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室特別研究助理(博士后)李文建,通訊作者為王珍巖研究員,黃海軍研究員和中國(guó)科學(xué)院海洋研究所深海研究中心孫曉樂(lè)研究員、崔全超博士研究生為共同作者。研究得到了中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)博士后基金、中國(guó)科學(xué)院海洋地質(zhì)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金等項(xiàng)目聯(lián)合資助。
論文連接:https://www.nature.com/articles/s43247-024-01418-3
論文信息:Li, W., Wang, Z.*, Cui, Q., Sun, X.,& Huang, H. (2024). Coastal ecological disasters triggered by an extreme rainfall event thousands of kilometers inland. Communications Earth & Environment 5, 238 (2024). https://doi.org/10.1038/s43247-024-01418-3.?
附件下載:
魯公網(wǎng)安備37020202001323號(hào) | 古鎮(zhèn)口園區(qū)地址:青島市西海岸新區(qū)海軍路88號(hào) 南海路園區(qū)地址:青島市市南區(qū)南海路7號(hào) 科考船碼頭基地:青島市西海岸新區(qū)長(zhǎng)江東路8號(hào) |
郵編:266000 郵件:iocas@qdio.ac.cn 電話:0532-82898611 傳真:0532-82898612 |
