浮游植物水华是淡水和海洋水体表层 微小藻类的积累。许多水华是有益的，他们固定碳，是食物链的基石，对全世界的渔业和生态系统都有重要作用。
然而，有害水华的大量扩增已成为世界范围内的重大问题。
由于空间和时间上的巨大异质性、生态环境或社会经济影响的多样性、采样工作的不一致以及处理复杂光学特征方面的技术局限，很难在大范围内描述水华特征。
如何描述浮游植物大量繁殖影响的全球沿海海洋位置和频率？
在过去20年中，在全球和区域范围内，水华是否扩大或加剧？
水华发生的潜在驱动因素是什么？
本文开发了一种绘制全球沿海藻类繁殖地图的方法，基于卫星观测数据集，对这三个问题进行了比较全面的回答
The Methods
研究方法
使用NASA Aqua卫星上的中分辨率成像光谱仪（MODIS）的全球1公里分辨率每日观测数据，该卫星任务在2003年至2020年期间获得了76万张图像。
研究团队开发了一种利用MODIS图像自动检测浮游植物华的方法。
在这项研究中，将浮游植物水华定义为海洋表面微小藻类的积累，并表现出卫星可探测的荧光信号
Result one
绘制水华繁殖图
本文研究的区域包括全球大陆架和沿海洋流的外边缘，这些区域提供了可供人类使用的大部分海洋资源。
在153个被调查的沿海国家中，126个被观察到浮游植物大量繁殖，受水华影响的总面积为3147万平方公里，约占全球陆地面积的24.2%和全球海洋面积的8.6%。在过去的20年里，平均每年发生4.3次水华。欧洲和北美贡献了水华最大的面积（分别占30.3%和21.5%），而水华最频繁的地区是非洲和南美洲（每年超过6.3次）。澳大利亚的水华发生频率最小（每年2.4次），受影响面积最小（9.0%）。
Result two
全球扩展趋势
全球范围内受藻华影响的区域在2003年至2020年间增加了397万km2(13.2%)，这意味着每年约有14万km2的新海域受藻华影响。同时，藻华的发生频率增加了59.2%（每年增加2.19%）。
藻华扩展的趋势在全球不同地区表现出显著差异。特别是在高纬度地区，藻华的增幅最大，如亲潮、阿拉斯加洋流、加那利洋流等地区，藻华频率年均增长超过5%。而在热带和亚热带地区，藻华的频率出现了减少，特别是在加利福尼亚洋流和阿拉伯海等地。
Result three
气候变化驱动
海表温度的升高是推动藻华扩展的重要自然因素。
研究发现，海表温度与藻华发生频率之间存在显著的正相关性，尤其是在高纬度地区，例如阿拉斯加洋流和亲潮。在这些地区，随着温度的上升，藻华发生的频率显著增加。
温度的变化也会影响海洋环流，改变营养物质的分布，从而驱动水华的形成，文章采用海温梯度作为海洋中尺度流大小的代理变量，发现不同沿岸流系统的海温梯度与水华频率时间存在显著的正相关关系，尤其是在加那利洋流、福克兰洋流和贝格拉洋流区域。
Result four
人为活动影响
肥料使用和水产养殖是影响藻华扩展的主要人为因素。特别是在一些亚洲国家，如中国、越南和菲律宾，氮肥和磷肥的广泛使用与藻华频率的上升高度相关。水产养殖产业的扩展，如在中国、阿尔及利亚和阿根廷，也对这些地区的藻华扩展起到了推动作用。
研究显示，肥料使用与藻华频率呈显著正相关
然而在某些区域（如阿拉伯海），肥料使用减少的同时，藻华频率并未下降，表明气候变暖可能抵消了养分管理的作用。
Prospects
展望
本研究通过帮助开发预测模型(在全球或区域尺度上)，以最大限度地减少有害水华的后果。同时也使人们再次注意到许多水华是有益的，特别是它们对生态系统以及野生和养殖渔业的积极影响。为维持这些有益的水华的政策和管理行动做出贡献
但目前的MODIS传感器无法识别不同浮游植物的种类，无法判断藻华是否有害，因此水华计数度量可能低估水华实际发生率。
NASA计划于2024年发射的PACE任务，将通过高光谱分辨率技术，为未来的藻华监测提供更精确的工具——PACE的高光谱观测将有望实现浮游植物物种级别的分类，极大地提高藻华监测的精度和准确性
汇报人：王津，李亮
指导老师：姜晓东教授
本文来源于2024年“水生生物学原理与进展”课堂讨论。
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