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全球近海由于受气候变化和人类活动的共同影响，是生态系统较为敏感的海域。在我国绵延数万公里的海岸线上，近岸海域作为陆地和海洋两大生态系统的交汇区域，更容易遭受陆源污染。 “我国长江口海域既承受着长三角和长江流域经济高速发展的综合压力，也受到厄尔尼诺-南方涛动等异常气候和台风等极端天气的叠加影响，近海生态系统的健康问题尤为突出，已影响了经济社会的高质量可持续发展。”自然资源部第二海洋研究所卫星海洋环境动力学国家重点实验室的周锋研究员近日接受中国自然资源报记者采访时表示，针对长江口富营养化、藻华频发、水体缺氧等生态过程与物理环境耦合的特征，海洋二所开展了长期的科学研究和技术攻关，系列成果应用于国内外科研院所和相关单位，并取得了显著成效。 富营养化引起生态灾难
& Y8 I. a Q! n- @6 c9 p* i 如今，人们在港湾、近海可以频繁看到海水出现赤潮、绿潮甚至褐潮现象，而这就是富营养化导致的海洋生态系统恶化的征兆。 周锋介绍，长江口富营养化可导致海洋浮游植物的大量繁殖。除了形成传统意义的甲藻类赤潮，也会形成硅藻的大规模藻华。目前已知的赤潮主要是甲藻类的浮游植物，其中有部分甲藻包含毒性。硅藻藻华虽然无毒，但是大量的硅藻也会堵塞鱼类等海洋生物的呼吸器官，致其死亡。浮游的硅藻还会形成“树荫”般的效应，即遮挡射入水体的阳光，使下层的其他藻类因缺少光照而无法进行光合作用并最终死亡。 大量藻体死亡后被细菌分解，进而消耗了水体中的氧气，导致底层水体严重缺氧。氧气的消耗速度和水体交换能力最终决定下层水体中氧气的浓度。根据水体氧气浓度，缺氧可以分为不同等级，最严重的缺氧是氧气浓度趋近于0。 周锋告诉记者，不同海洋生物的耐氧能力不同，在研究中一般进行分级以便未来开展预警工作。缺氧状态下大多数的游泳生物（主要是鱼类）都无法耐受，导致逃离或者死亡。此外，缺氧期间释放出来的硫化氢等有毒物质会引起水生生物死亡，因此国际上有些学者把缺氧区称为“死亡区”。 “从长期来看，海水中氧气不足可能会引起生物多样性退化、海水酸化、渔业资源营养级的降低，进而威胁海洋渔业经济的可持续发展，成为威胁海洋生态安全的难题。”周锋说。 集中优势力量开展科研攻关9 r$ l/ J( q( o, v1 F/ K8 t) S
作为国内最早从事长江口水体缺氧物理机制研究的科研机构，海洋二所着重从海洋环流、混合等角度开展长江口缺氧的物理机制研究。2006年卫星海洋环境动力学国家重点实验室成立后，海洋二所整合物理海洋、化学海洋和生物海洋等学科的骨干力量，组建了近海动力与生态系统研究团队，其综合研究实力获得了极大提升。 多年来，海洋二所近海动力与生态系统研究团队针对我国海洋可持续发展和国家生态安全等重大需求，承担了大量国家重要科研任务，如国家自然科学基金重大项目“渤海生态系统动力学与生物资源持续利用”，国家支撑计划重点项目“我国近海典型缺氧区业务化监测关键技术与示范研究”，海洋公益性行业专项重点项目“富营养化污染实时速报和生态效应预警评估技术”“大河口邻近海域缺氧区灾害预警预报技术与业务化示范”，国家自然科学基金联合基金重点项目“夏季长江口缺氧和酸化在线监测及其耦合和非耦合的成因机制研究”等，并对我国长江口及邻近东海的生态环境开展了持续的多学科综合观测和实时监测、多学科交叉机理研究和生态过程数值模拟研究。 据统计，2006年至今，海洋二所近海动力与生态系统团队通过对长江口开展持续调查监测，关键技术累计测试千余次，获取缺氧事件连续记录千余日，共获得2006-2022年累计30多个航次的长江口典型断面的水文、化学和生物多要素观测资料，依托嵊山生态浮标获取了累计12年共1000余日的多学科连续时间序列，建立了包含500多个藻株的微藻藻种库。 2019年，围绕自然资源部海洋生态保护修复职能，针对海洋生态监测预警技术发展的需求，海洋二所牵头整合近海动力与生态环境方向的调查监测与研究力量，联合自然资源部东海局的温州、宁波和南通3个海洋环境监测中心站，组建了长三角海洋生态环境野外科学观测研究站。该站的建设为记录长江口邻近海域海洋生态系统演变提供了有力的平台，有助于提升对海洋生态灾害现象的科学认知，开展海洋生态预警监测的试验和示范。同年，该站被自然资源部列入首批15个部野外科学观测研究站名单。至此，海洋二所在长江口以富营养化、藻华、缺氧和酸化为脉络开展生态系统水平的研究形成了新的调查、监测、实验及技术示范平台。 支撑预警技术业务化运行1 `' e2 ~7 W( l$ N) D7 J
“长江口海域逐年发生季节性缺氧，是生态亚健康的重要征兆，其过程存在显著的时空变化。”周锋介绍，近年来，海洋二所科研团队围绕导致缺氧的关键机制、缺氧研究的平台和数据，以及缺氧预测能力建设等重点问题方向开展长期攻关，形成了一系列成果。 研究揭示了硅藻为主体的大规模藻华是导致缺氧的直接因素；提出了长江冲淡水分布变化可作为缺氧区位置变化的重要指示；揭示了大风过程使得长江冲淡水羽状锋不稳定并产生低盐水团离岸脱离机制；揭示了东海黑潮跨陆架入侵后影响抵达长江口海域，并通过层化、营养盐和溶解氧的运输等过程影响缺氧区时空变化。这些成果为长江口水体缺氧的预警预测提供了重要的理论基础。 针对长江口渔业活动频繁现状，海洋二所团队研发了防渔业拖网潜标观测技术。同时，针对长江口水体垂向层化强、要素剖面梯度大的特征，团队开发了多参数跃层剖面在线观测技术，自主研发了浮体材料技术，有效降低了仪器平台受意外作用造成的破坏率，浮体单套成本下降5万元。通过新技术获得的观测资料更能反映缺氧演变的综合过程，为河口缺氧的预警监测提供了示范效应。 此外，海洋二所团队组织国内多个知名海洋机构和业务化单位建立了物理-生地化过程耦合的我国近海生态环境数值模型，实现了长江口缺氧季节性发展的预测能力，较为合理揭示了溶解氧剖面、缺氧面积、最低溶解氧及缺氧的间歇性发展特征；模拟再现了长江口缺氧发展过程中，垂向溶解氧最低值发生在跃层下侧，而不是最底层水体的模型；用数值模式验证了大规模硅藻藻华与缺氧耦合发展的过程。该模式目前已经应用到国家海洋环境预报中心并成功开展了业务化示范运行一年以上。 2016年，大河口缺氧预警技术在东海环境监测中心业务化试运行。该技术是海洋二所科研团队基于缺氧的连续监测和数值模拟研发而来，可回溯典型年份营养盐、溶解氧、叶绿素的时空演变过程，具备生态预警能力。 “现有大河口缺氧预警技术主要在长江口进行实验和示范，预测技术仍在不断完善中。渤海和珠江口等区域模型也在快速发展中。缺氧预警必须解决生态环境数值预报系统业务化运行所必需的生态要素监测资料实时获取的瓶颈。”周锋表示，下一步，研究团队将以长江口为原型，更为精细地刻画长江口复杂的地形地貌岸线特征，更为精确地描述长江口复杂动力、沉积和生物地球化学耦合过程，实现更为精准地预测长江口的缺氧现象变化特征，并以此为基础提高我国的近海缺氧预测预警能力。
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