中国科学院海洋所王凡研究员及其合作者在气候变暖背景下中国近海演变规律的整合研究方面取得进展！

图1. 中国近海主要变化趋势：增暖、氮磷比升高、缺氧酸化、生物小型化、暖水物种入侵、甲藻增多、多毛纲增多、鱼类丰度下降和珊瑚白化
在国家自然科学基金项目（批准号：42090040）资助下，中国科学院海洋研究所王凡研究员及其合作者在中国近海演变规律的整合研究方面取得进展，以“气候变暖下的中国近海（The seas around China in a warming climate）”为题，于2023年7月18日在《自然综述：地球与环境》（Nature Reviews Earth & Environment）期刊在线发表综述性文章。
中国近海包括渤海、黄海、东海和南海。在气候变化和人类活动的双重影响下，中国近海正在发生着多方面变化。该综述文章首次在国际上从跨学科角度整合了近年来物理海洋、生物地球化学、海洋生物、海洋生态等领域取得的最新科学认识，集成了最新的长期观测数据，系统阐述了中国近海过去几十年的演变规律，剖析了海温升高、海洋热浪、环流变异、富营养化、缺氧酸化、初级生产力变化、物种更迭和群落结构改变等现象（图1）的时空特征，揭示了物理-化学-生物过程在中国近海长期演变中的协同作用。
+ [2 Q( W; ~8 s. c文章指出1950年以来中国近海表面温度平均每十年上升0.10–0.14摄氏度，至80年代起明显加速。其中，东海增暖最快，冬季升温显著快于夏季。增暖趋势还引发了日益频发的极端高温事件，中国近海“海洋热浪”的发生频次、持续时间和平均强度均在显著增加，造成了珊瑚白化和渔业、养殖业的重大损失。随着陆源营养物质输入的增加，中国近海总体呈现富营养化趋势。增暖和富营养化共同造成了日益严重的缺氧和酸化趋势，威胁着海洋生物（特别是底栖生物）的生存和繁衍。伴随着物理和化学背景的改变，中国近海的浮游、底栖、鱼类生物群落也发生了复杂的变化，呈现出“小型化”和暖水物种入侵两个鲜明特征。
  A! B7 Y2 ?" H; B% J; j文章通过气候模式预估，未来上述变化趋势将可能进一步加剧。为了准确预测气候变暖背景下中国近海的演变趋势，更好地发挥中国近海对区域可持续发展的支撑作用，文章指出应进一步加强中国近海的多学科交叉研究，关注近岸和次表层增暖、陆架环流和海气通量变化、多因子联合作用机制、生物多样性预测等研究热点，并倡导在未来的近海多学科交叉研究中广泛应用人工智能手段。
近日，中国科学院海洋研究所王凡研究员联合我国物理海洋、海洋化学、海洋生物、海洋生态和气候领域的十余位科学工作者，以The seas around China in a warming climate为题，在《自然》旗下期刊《自然综述：地球与环境》（Nature Reviews Earth & Environment）发表了中国近海多学科交叉研究综述文章。Nature Reviews Earth & Environment（简称NREE）涵盖了地球和环境科学领域具有引领性的高质量综述、观点和评论文章，最新影响因子为42.1。
中国近海包括渤海、黄海、东海和南海，对周边十几个国家的渔业、航运、能源、旅游业等起到支撑作用。在人类活动和气候变化的双重作用下，中国近海正在发生着多方面变化。该综述文章整合了近年来物理海洋、生物地球化学、海洋生物、海洋生态等领域取得的科学认识，集成了最新的长期观测数据，对历史样品-再分析资料-气候模式进行多维度信息挖掘，在国际上首次从跨学科交叉的角度系统阐述了中国近海过去几十年中的演变规律，剖析了增暖、海洋热浪、环流变异、富营养化、缺氧酸化、初级生产力变化、物种更迭和群落结构改变等现象的特征（图1）和可信度，深入探讨各现象之间联系和相互作用，指明了中国近海研究走向多学科交叉融合的发展趋势。

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5 o7 y0 ~/ i3 l# ?% J' m- A" [图1. 中国近海主要变化趋势：增暖、氮磷比升高、缺氧酸化、生物小型化、暖水物种入侵、甲藻增多、多毛纲增多、鱼类丰度下降和珊瑚白化

通过集合分析多种观测资料和气候模式结果，厘定了中国近海的总体增暖速率（图2）。1950年以来的平均海表温度每十年上升0.10–0.14摄氏度，1982年起进一步加速至每十年0.14–0.16摄氏度，均显著快于全球平均水平。其中，东海升温最快，1982年以来每十年增暖0.23 ± 0.08 摄氏度，超过全球平均值的两倍。由于冬季季风的减弱和黑潮的热量输入，冬季升温明显快于夏季。增暖趋势还引发了日益频发的极端高温事件—“海洋热浪”。1982年以来的卫星观测表明，中国近海海洋热浪的发生频次、持续时间和总体强度都在显著增加。这些极端事件集中放大了气候变化对中国近海的影响，造成了珊瑚白化和渔业、养殖业的重大损失。过去几十年中，源地黑潮有所增强，黑潮向南海的入侵在上层减弱而在深层增强，向东海和黄海的入侵有所增强。在黑潮入侵与季风减弱的共同作用下，南海冬季表层反气旋环流减弱。环流变异通过改变热量和生源物质分布，加强了增暖和初级生产力变化的空间不均匀性。
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图2. 基于多种观测资料的中国近海表面海温变化趋势
% Q- Z1 o) S/ E& L3 A5 g随着陆源营养物质通过大气沉降、河流和地下水输入，中国近海整体呈现富营养化趋势，更多的有机质沉降到底层。增暖使得海水层化加强，底层海水有机质的降解消耗了溶解氧并释放了二氧化碳，造成了日益严重的缺氧和酸化趋势（图3）。近岸海水的缺氧酸化事件呈现区域扩大、严重程度加强的显著趋势，威胁着海洋生物（特别是底栖生物）的生存和繁衍。另外，由于无机氮含量增速快于无机磷（氮磷比升高），许多海域的浮游植物生长从氮限制转变为磷限制，促使浮游生物群落的物种组成发生改变，如甲藻增多和硅藻减少。综合考虑光合固碳、河流和大洋的输入、生物和微生物碳泵等作用，中国海总体上是一个碳汇区。根据最新估算，中国海通过海气交换每年可吸收10.8± 23.1 Tg C。尽管气候模式预测全球变暖将削弱陆架边缘海碳汇，但现有观测表明中国海碳汇并未明显减弱。
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# ^3 Q6 O2 l- o. K9 A2 C$ N图3. 海水层化加强影响中国近海生物地球化学过程及缺氧事件示意图
. H  w0 j& {8 d. A伴随着物理（增暖、层化加强、环流变异）和化学（营养盐浓度和组成）背景的改变，中国近海的浮游、底栖、鱼类生物群落也发生了明显变化，呈现出“小型化”和暖水物种入侵两个鲜明特征。浮游植物群落中硅藻的优势度降低，甲藻的优势度升高，水母等胶质类浮游动物的数量增加，浮游动、植物的粒径呈现小型化趋势（图4）。底栖生物多样性总体下降，很多底栖物种的分布范围、生态习性、生理特征等均有显著改变，增暖、缺氧酸化和富营养化对底栖生物的协同影响正在日益显现。鱼类物种对气候变化产生了差异性响应，暖水种鱼类在中国近海渔获物中的占比明显增加。尽管由于捕捞能力的提高使得过去几十年中国近海的渔获量总体上升，但气候模式预测全球变暖将使我国未来的渔获量和渔业收入明显减少。
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图4. 中国近海浮游生物总体变化趋势：（a）群落结构变化示意图和（b-g）基于胶州湾长期观测数据的浮游生物演变
该研究通过整合和梳理多方面观测事实，集中阐明了物理-化学-生物过程的耦合在中国近海长期演变中的关键作用。根据模式预估，上述变化趋势将持续到未来并很可能进一步加剧，这将严重影响中国近海对周边国家经济发展和人民物质文化生活的支撑作用。为了准确预测和有效缓解这种气候压力，中国近海的多学科交叉研究力量亟待加强。文章提出了近岸和次表层增暖、陆架环流和海气通量变化、多因子联合作用机制、生物多样性预测系统等未来研究热点问题，并倡导人工智能手段在多学科交叉研究中的应用，为中国近海研究指明了未来发展方向。
该综述文章是国家自然科学基金委重大项目团队的重要成果，中国科学院海洋研究所王凡研究员和李元龙研究员作为共同通讯作者，合作作者包括中国科学院南海海洋研究所姚玉龙博士、王春在研究员、张荣望博士、王鑫研究员、自然资源部第二海洋研究所王云涛研究员、中国科学院海洋研究所李学刚研究员、唐晓晖博士、孙晓霞研究员、张均龙研究员、杨德周研究员、许灵静博士、张辉研究员、袁华茂研究员，郭亚茹博士、任秋萍博士、张斌博士和沙忠利研究员。该研究获得了国家自然科学基金（42090040）、中国科学院战略先导专项（XDB42000000）、科技部重点研发专项（2017YFA0603200）等项目的的联合资助。
' y  g. L, P( e" a6 I4 @- Z- x6 Q论文来源：
Wang, F., Li, X., Tang, X. et al. The seas around China in a warming climate. Nat Rev Earth Environ (2023). https://doi.org/10.1038/s43017-023-00453-6
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s43017-023-00453-6
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信息来源：国家自然科学基金委员 作者：张亮、冷疏影；中国科学院海洋研究所。