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天上的卫星可以观测到 : `& @3 w* P; ^0 W' |
海洋中肉眼看不见的细胞，
/ {) O) l% T [, w; X 很奇妙。 . B, v( q) P9 r: B" t" }1 ]5 i8 a4 X
以下视频来源于
+ r' K( G5 ^% h 格致论道讲坛
+ C- E9 D' e* V% l7 ~ 唐丹玲· 中国科学院南海海洋研究所研究员 ; V5 h& z% b9 w
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大家好，我是唐丹玲。广东的同学们、朋友们对“台风”的概念不会陌生，对台风的灾害也不会陌生，尤其是给我们的生活带来不方便。事物是有两面性的，台风一方面给人们带来灾害，但对我们有没有什么好处呢？ 1 R& G! d8 G0 x, Z _
我来自中国科学院南海海洋研究所，主要从事的是浮游植物的研究，以及海洋生态系统的研究和海洋遥感。今天的主题就是浮游生物里面的浮游植物，这是一种单细胞的生物，非常小，肉眼是看不见单个细胞的，通常我们要借助显微镜才能看见。 & O3 D. q C, V
浮游植物与台风存在相关性
- x/ ?' W) V, [" O1 g 这个单细胞生物跟巨大的台风有什么相关性呢？ 7 b9 ]+ F) N6 K/ m
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这个就是我们平常研究的，或者是我们大家都知道的浮游植物，体积非常小，看不见的。微镜底下是什么样的呢？ g, Q/ u I% f* H2 m
( O6 Z0 W D8 `: d 就是这个样子的，这是其中的一个单细胞，我们以前做的研究是在显微镜底下看它的大小，数这些线条，通过测量线条的长度来进行分类，同时观察它是如何生长，怎样繁殖。研究它们的生长繁殖规律。 6 J/ A0 K& F" L+ D0 p9 }4 b& m
9 c7 }5 w3 S7 i0 b s. U5 e 当这个浮游植物单细胞生长的时候，一分为二，二分为四，四分为八……这就在海洋中形成一大片的浮游植物，我们称之为藻华。这实际是海洋最初级的生产力，是海洋最基层的食物链底端。 8 k& R! a( |1 Q) z$ f
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▲有害的赤藻 7 M) Q3 Z) p' v/ y! J y6 P
但是当它大量繁殖，或者它在特殊的环境下，它也会相应产生一种有害的藻华，我们叫赤藻，颜色不同。有些赤藻可能会产生一些毒素，甚至会对海洋生物有危害。 1 t4 m$ t7 w) y( C2 @
1 P/ R8 G% v# n# l p- v0 m) s 这是单细胞的赤藻。我们研究这些浮游植物的时候，一般都是在显微镜底下看。 : W. Y0 R; S) q3 s4 d) g
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▲香港1988年赤潮 - d6 N& u% _% I1 j1 C
现场看，我们想看到在什么样的情况下会发生藻华、什么样的情况下会产生毒素，或者不产生毒素呢？这就需要大面积的观测，以及长期的数据来支撑我们的研究。这个研究在过去是相当困难的，在海洋上进行长时间的测量数据，同时布置很多测量点，这是很难实现的。 1 Z6 D6 V5 P2 T) [# W4 Y
利用卫星遥感观测海洋中的变化 5 }) Z# o* s3 b/ `
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7 l! Y( L7 J! x$ p4 o, O. v 十分幸运，我在读本科时学习到浮游植物，读研究生的时候，我就学习了海洋生物。在读博士的时候，接触到卫星资料。
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在那时卫星算是高科技产品，天上卫星可以观测到海洋中肉眼看不见的细胞，很奇妙。
1 k) z) l& c5 F8 ~) s3 ~ 是怎样测量到呢？因为浮游植物体内有叶绿素，叶绿素的含量可以表征浮游植物的量，卫星利用阳光照在浮游植物的叶绿素上，再经过散射，就可以监测到浮游植物里面叶绿素的含量。因此我们就可以知道浮游植物在海洋中的分布、密度、变化等等。
, k3 b$ f N8 C 我小时候就一直喜欢蓝色，喜欢海洋的蓝色，喜欢天空的蓝色。我们现在就用天上的卫星来看看海洋。
1 `' `1 U+ q7 U$ k 这个就是我们经常讲到的海洋遥感或者说卫星遥感，其中最常用的是海洋遥感。我们现在知道很多卫星，比如说通讯卫星等等。
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- E7 u- g% b# Q) N! N 科学家用到的是海洋卫星，这个是我们用卫星探测的海洋数据。卫星检测到海洋中叶绿素的数据时，我们首先看到的是中国沿海浮游植物叶绿素的分布情况，是不是很奇妙呢？
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/ b3 s5 R4 y) T9 M% S, x! I 卫星除了能够看到叶绿素以外，还能看到海水温度等，比如说全球海洋温度的变化。这就是全球的温度变化情况，红色表示比较高的温度，蓝色表示比较低的温度。
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. }+ k0 I8 A7 x ▲上：全球海洋温度分布
+ h4 Z+ Y6 t" _0 ] 中：海洋温度与洋流
; C5 t" J* j$ v# w) v 下：全球浮游植物分布变化 ! L# \9 [# K8 x# Z/ ]$ a( H) Y! }' G
当我们用连续的卫星来看浮游植物和海洋里面的温度变化情况时，我们可以看到海流的状况，比如说暖水的流向，冷水如何翻动。
% d: J- `0 {" P2 a% L 同时，它也显示了全球的浮游植物分布变化，我们可以看到有些地方数值比较高，有些地方浮游植物浓度比较低。
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$ V, G9 r' P* T$ Z ▲浮游植物的叶绿素变化 * A2 \% h' @' a4 w: s3 Y4 |3 V' b
进一步来研究浮游植物的变化情况。从局部来说，在南海可以看到浮游植物的生长图，它呈一个巨大的喷射状，从沿岸地区迸发喷射到海洋里。这些都是由无数看不见的单细胞藻类生长决定的。 ; G% i( J& X3 x
' t+ o2 [/ A: h# g ▲阿拉伯海的浮游植物叶绿素
! [, |, M& f9 y 这一张图显示了阿拉伯海浮游植物的分布情况，它像是一个海洋里的大漩涡。所以我们利用卫星遥感的数据可以了解全球浮游植物的分布情况。
1 ]7 f& F+ t3 ]2 k 而且也可以很清楚的看到一些局部的，非常漂亮的浮游植物分布。这种研究在过去没有卫星遥感的时候，我们难以做到。 $ d9 P, |2 m2 K0 h
当我们身处在其中是很难知道这是漩涡状或者喷射状，因为漩涡的面积巨大，一般直径200-300公里。 . h: X. l# N z7 p
台风对浮游植物和海洋环境的影响
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进一步研究，我们可以看到浮游植物大面积的突然间生长。这跟海洋环境和风有关，是由于风的驱动和营养盐的再分布程度不同。 3 `6 t, j2 e, e! g/ U [
台风是如何能够驱动营养盐的分布呢？当台风到达陆地的时候，它可能带来一些灾害。那它在海上是什么情况？
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, Y7 b6 }% x: S/ ^) _3 L/ J. \ ▲全球台风路径
: S+ T% V( g, S" P 首先给大家看看全球的海洋分布，南海在西太平洋地区，西太的台风跟南海的台风都是很频繁的，所以它给我们提供大量研究台风的数据源。
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, h- l9 B: s- p/ k0 h4 I9 Z ▲台风“达维”，2005 2 f$ C8 B# C3 z: F" {. P& x
台风跟浮游植物有什么相关性呢？首先我们研究了2005年的达维台风，来自南海海南岛的朋友可能有所了解，当年台风非常强烈，从菲律宾一直横穿到海南岛。 / t( M1 O h$ X8 f; z
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▲台风“达维”路径，2005
0 P0 ]' h' S7 Z& K' i6 g, w H 在自然界里，在海洋里面是怎样的情况呢？这个就是台风的冷迹，红色表示台风比较强，可以看到当台风到达海南岛旁边，程度非常强势。 * n, r. O# O B
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▲上：台风前 , n8 V, {& `4 p! E2 D. E: R
下：台风后
, J$ h4 F' \+ X 对比台风过后的卫星遥感浮游植物的分布情况，可见台风之后，海洋的海色图有很大的变化。卫星遥感数据显示在海南岛的右侧海岸，有一大片浮游植物生长。同时卫星遥感也告诉我们这片区有相应的温度的降低，大家看到紫色、蓝色表示温度降低。
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▲卫星遥感南海海水温度分布 （降温） 3 |$ E4 B8 r. ~6 `6 P5 L
台风过后使海面温度降低，这是有一定意义的。
) U' w+ a6 Y2 v8 v# g7 C 第一个意义是台风会把海表面的热温带走，具有调整温度的作用。第二，冷雨落下形成降温；更为重要是台风对海洋物理的作用，它把海水上层水充分混合。南海海水上层比较热，底层稍凉一些，混合以后使上面的海水温度降低，同时具有风泵的作用，把海底层的水泵上来。 5 @8 \ G6 K; r; E7 m
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这个降温的作用力有多大？其实降温面积比海南岛的面积大好几倍，这就是台风对海洋的影响。大部分台风从海面走过的时候都会带来一个降温的过程，我们叫冷迹，会导致海水有非常强的降温。降温就说明台风把底层的水带上来，这就是巨大风泵的作用，在海洋里面翻江倒海。
; _/ n& S1 R3 k 台风不仅可以改变海洋的环境，也可以影响海洋的生态系统，影响非常重大。
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; C) _$ c' d6 ~ ▲台风在南海的生态的影响特别明显 / _+ ?6 z; G! U
除了利用卫星遥感研究以外，我们也会到海洋进行采样研究，把现场的数据跟卫星的数据相结合。
0 H+ D4 b1 }, u8 ?4 O, |2 z 台风如何影响南海？
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7 F1 |( U6 Q( h _# o( i 我还想强调的一点是，台风对海洋生态的效应，在南海是非常明显的，为什么呢？
d& I: U. r; e9 l8 N2 r9 c7 |7 ? 因为我们南海是一个半封闭的海，跟外边的交流不够多，另外南海比较温暖，比较热，是在热带、亚热带地区，海面上的温度特别高，水比较轻，所以它的分层现象比较严重。表层的水比较热，比较轻。 % Q' b2 h0 |2 i! j
这就影响了海水的自我交换，更多的营养盐是存在于海底的，营养盐越向下越多。从浮游植物本身的分布来看，它除了体现在表层以外，它在次表层还有很大的分布。 # f+ p+ W) w0 i6 u9 c6 I! ^3 C
这是因为在次表层的营养盐比较多，在这里它能够接收到阳光，能够进行光合作用。所以南海台风影响是比较明显的，台风来了以后，就更容易改变温度，把下层的高营养盐水泵上来。 7 [9 S# n5 G6 U7 P+ F4 M* M# y2 N
带着这个想法，我们继续做下一个研究。就像刚才我给大家举的例子，台风从东到西我们可以看到浮游植物藻华，当台风来临时，它运行的速度减慢，当在某一个地方停留的时间长不同，它所造成的影响是不一样的。 6 u3 ]/ p8 F" A& U: x7 Z0 B* r
8 S% |- N# i* [% M ▲强热带风暴“莲花(Linfa) ”
8 ^. g( ?$ f/ e# ~5 U8 n* v 比如莲花台风，从南到北的时候，它在这个地方停留几天以后，我们发现浮游植物的藻华生长的特别繁盛而且非常漂亮，呈一个大的漩涡状，这是台风给浮游植物繁殖带来很重要的一个机遇。 6 {2 h+ h, C8 }( @. {/ @, S
- s0 c$ \* g% l* {& e" J9 _ ▲卫星遥感浮游植物叶绿素分布 0 z, u8 V6 h3 a7 E4 w1 W
莲花台风过后可以看到它的水温变化，水温沿着台风路径慢慢降低，蓝色部分表示水温降低。另外用数字模型研究，看看台风过后是不是能够在海洋里面形成一些漩涡。使部分海洋冷水上涌，我们称之为上升流，或者上层混合。 + B9 }2 b( W; q$ Z2 q* g- Z3 H
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▲模型南海海流变化连续图 0 V( l3 w$ V% \ @5 j8 N1 x) w) r0 z
这个数据就能显示，有一个漩涡从南到北的路径。 8 F2 q1 z! R. x- J$ B% l
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▲卫星遥感南海水温变化连续图 7 Y; J5 k" g5 {' Y) i2 K
我们也能看到温度降低的过程，利用卫星遥感的数据，结合现场的数据，以及参考模型的数据都能很好解释和证明台风对浮游植物的影响。
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▲台风“风泵”作用
% c! R x- l+ H2 R4 s- k% n 这样我们就提出了一个“风泵”的概念。台风就像一个巨大的风泵，可以把海底深层，富有营养盐的水分，也是比较寒冷的水分泵到海表促进了海洋的初级生产力。这种初级生产力是提供给鱼虾的食物，是食物链的最底端。 , i; d1 p, e4 W" [
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▲海洋生物链 - O }2 N8 y- M1 Y C3 @3 ]
有意思的是，我们出海研究发现，台风前后当地海洋的渔业资源是有很大的变动。
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5 o* z" S- z, a5 [9 x ▲渔民跟着台风的路径捕渔 $ @+ V- t0 W0 K/ L" g* N
更有意思的是，当地渔民并没有接受专业的教育，但是他们很聪明，根据世世代代的经验，能够在台风过后跟着台风的路径去捕鱼，因此他们的收获更大。所以这启示我们学习知识能更好的了解如何致富。 1 {# ~; [0 k* ?+ B- R4 n3 v
) s; N' k q& _2 O! x ▲2019.8，利奇马，强风、强降雨 8 k$ D: k! y2 D2 b- o+ z
台风就像一个很大的泵，当它登陆时也会产生一些灾害，就是强风与风暴潮，还有大浪拍岸引起的灾害。 ) p4 X! R5 b- l5 ^. C0 l9 U
. b6 x1 `2 `, ~4 B, J5 W8 I! P. U3 k" V ▲超级台风“榴莲”横扫菲律宾
' w q( {& i3 ]" o/ U! k1 `% r% |# A 除了负面的影响之外，还给我们带来比较高的海洋初级生产力，给我们带来一些正面的影响。所以任何事情是有正反两面的。
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0 B; U% p- W2 A ▲海洋生态系统
9 ]+ Q* e& t+ `- ~6 \ 我们的工作利用了卫星遥感这个平台和新的技术来做台风的海洋生态效应的影响研究。我们可以从微小的单细胞浮游植物研究到巨大的台风，终于将大海的蓝色与天空的蓝色结合在一起。 . l. i' F L* ~9 C
同时我做这份工作取得的一些成绩，也特别感谢遥感和新的技术，希望朋友们在工作中乐意接受一些新鲜事物，合理利用新的技术更好提高我们的工作和生活水平。 - K3 E: I4 i5 K% _3 g) [5 |
- END - 4 e2 h/ r" N* r: X6 m; ~
文章和演讲仅代表作者观点，不代表格致论道讲坛立场。
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