中尺度海洋过程与光驱动周期对深潜鲸类捕食行为的环境驱动机制研究

本研究针对深潜鲸类捕食行为的驱动机制这一关键科学问题，通过在美国西北大西洋陆架区7个站点开展为期三年的被动声学监测，首次系统揭示了中尺度海洋过程（如涡流动能EKE）与光驱动周期（月球光照度）对Kogiidae和Ziphiidae鲸类捕食活动的协同调控作用。研究发现Blake海台区域（水深872米）是常年稳定的捕食热点，Blainville's喙鲸（Mesoplodon densirostris）在满月期间捕食活动显著增强，而Kogiidae鲸类则在晨昏时段呈现双峰型捕食节律。该成果为深海洋生态系统保护提供了关键科学依据，发表于《Progress in Oceanography》。

　　

在浩瀚的海洋深处，生活着一群神秘的深潜巨兽——喙鲸和小型抹香鲸。这些海洋哺乳动物能够下潜至千米以下的黑暗世界，在“暮光带”（200-1000米）捕食鱼类和头足类动物。然而，由于它们栖息在远离海岸的深水区，水面活动时间短暂，加之部分物种行为隐蔽，科学家们对这些深潜鲸类的生态习性和栖息地需求知之甚少。一个核心科学问题始终困扰着研究人员：究竟是哪些环境因素在驱动这些深潜巨兽的捕食行为？它们是如何在广阔而黑暗的深海中找到食物的？

传统的研究方法存在明显局限。船舶目视调查只能覆盖有限区域，且受限于 daylight 和天气条件；生物标记技术虽然能记录个体行为，但难以长期部署。更重要的是，深潜鲸类的主要捕食场所位于中深层水域，而海洋表面发生的物理过程——如涡流、锋面等中尺度现象——是否以及如何影响深海捕食行为，更是悬而未决的谜题。理解这些表面与深海的联系，对于保护这些易受人类活动影响的物种至关重要。

为解开这些谜团，由Thomas A. Clay领衔的研究团队在美国西北大西洋外大陆架的七个关键位置布设了海底声学记录仪，进行了长达三年的连续监测。这项雄心勃勃的研究计划旨在揭示中尺度海洋过程和光驱动周期（包括昼夜和月相周期）如何共同塑造深潜鲸类的捕食策略。研究成果发表在海洋学领域权威期刊《Progress in Oceanography》上，为我们理解海洋表层过程与深海生态系统之间的联动提供了全新视角。

研究人员采用了多项关键技术手段。被动声学监测技术是本研究的核心，通过部署在海底的自主多通道水声记录仪（AMAR），连续记录了2017年至2020年期间的水下声音环境。研究人员利用JASCO开发的能量检测器和分类算法，自动识别并分类了不同鲸类的回声定位信号，特别针对Kogiidae（包括侏儒抹香鲸和小抹香鲸）和Ziphiidae（喙鲸科）的特定声学特征进行了区分。为验证自动识别的准确性，研究人员还对0.5%的数据进行了人工审查，确保检测精度达到70%以上。

海洋环境数据来源于多源卫星和模型产品，包括海表温度（SST）、叶绿素a浓度（Chl a）、光合有效辐射（PAR）等环境变量。特别关注了中尺度过程指标，如涡流动能（EKE）、总动能（TKE）、海平面异常（SLA）等。研究人员还引入了月球光照度数据，以分析光周期对鲸类行为的影响。统计分析采用广义可加（混合）模型（GAM[M]s），通过信息论模型比较方法，评估不同环境变量对鲸类捕食活动的影响。

3.1. 区域和季节性变化检测

监测数据显示，深潜鲸类在深度最大的站点出现频率最高。Kogiidae鲸类在Blake海台（BLE，872米）站点表现最为活跃，75.2%的监测日都能检测到其捕食信号，平均每天出现2.2小时，且没有明显的季节性变化。相比之下，它们在Savannah深海（SAV，790米）和Charleston隆起（CHB，404米）站点的出现主要集中在冬季和春季。

喙鲸类则表现出明显的物种特异性分布模式。Blainville's喙鲸仅在BLE站点被检测到，出现频率为28.0%的监测日；而Gervais'/True's喙鲸则专门出现在SAV站点，出现频率为12.9%的监测日。这种空间隔离现象表明不同喙鲸物种可能占据了不同的生态位，对栖息地需求存在显著差异。

3.2. 海洋学和月球光照对鲸类检测的影响

环境驱动因子分析揭示了有趣的物种特异性响应。对于Kogiidae鲸类，多站点模型显示初级生产力和中尺度活动是最重要的预测因子，模型解释了59.7%的偏差。捕食活动随着叶绿素a浓度（超过0.15 mg/m³）的增加而增强，同时在较低的洋流速度（TKE <0.6 m/s）和较高的涡流动能条件下更为活跃。

Blainville's喙鲸的捕食活动则与月球周期表现出最强关联，在满月期间检测频率显著升高。此外，它们的活动还与中等程度的正海平面异常（0.1-0.3米）和较高的海表温度（>26°C）相关。Gervais'/True's喙鲸则对中尺度过程更为敏感，其捕食活动在较高的涡流动能和负海平面异常（指示气旋式涡流）条件下更为频繁。

值得注意的是，锋面相关指标（如锋面持久性和距离）对所有深潜鲸类的捕食活动均无显著影响，这可能与研究站点的特定位置有关，或者表明锋面对深海捕食的影响存在时间滞后效应。

3.3. 昼夜变化检测

昼夜节律分析揭示了Kogiidae鲸类独特的活动模式：在BLE和SAV两个深水站点，它们表现出典型的晨昏双峰型活动节律，在日出后和日落前几个小时捕食活动最为频繁。这种模式可能反映了它们追随垂直迁移的猎物的策略，在白天下潜至更深水域捕食。

相比之下，喙鲸类没有表现出明显的昼夜活动模式，这与它们以深水、不进行显著垂直迁移的猎物为目标的习性一致。Blainville's喙鲸的平均捕食深度可达960米，主要在水深3000米以内的近海底区域活动，这解释了为什么它们的活动不受光驱动昼夜周期的显著影响。

这项研究首次系统揭示了中尺度海洋过程与光驱动周期对深潜鲸类捕食行为的协同调控机制。研究证实了Blake海台区域是Kogiidae和喙鲸类的重要常年栖息地，这一发现对海洋保护具有重要启示。该区域目前监测不足，但很可能支持着相当数量的鲸类种群，面临着军事声纳、船舶噪声和爆破声音等人为噪声的威胁。

研究结果强调了表面海洋过程与深海生态系统之间的密切联系。涡流等中尺度特征可能通过多种途径影响深海捕食者：一方面，它们可以通过调节营养盐上涌来增强表层生产力，进而影响整个食物链；另一方面，涡流引起的等温线弯曲可以改变深海散射层的深度分布，使猎物更容易被深潜捕食者获取。

特别值得关注的是不同物种对环境因子响应的差异性。Kogiidae鲸类对初级生产力和中尺度活动较为敏感，而喙鲸类，特别是Blainville's喙鲸，则表现出强烈的月球周期节律。这种生态位分化反映了不同物种在进化过程中形成的独特适应策略，也提示我们在保护措施中需要考虑物种特异性需求。

这项研究的发现对海洋空间规划和人类活动管理具有直接指导意义。随着中深海渔业、海上钻井、深海采矿等活动的扩展，以及新的海上风电平台的建设，识别和保护深潜鲸类的关键栖息地变得尤为重要。研究结果提示，在满月期间或特定海洋条件下，可能需要采取额外措施来减少人类活动对这些敏感物种的潜在影响。

未来研究需要结合水下海洋学观测和垂直猎物分布测量，深入解析中尺度特征聚集深海猎物的具体机制。同时，扩大监测网络覆盖范围，特别是在高锋面活动区域部署深水监测设备，将有助于更全面理解表面-深海的生态联动效应。这些工作对于制定科学的海洋保护策略，维护深海生态系统的完整性和稳定性具有重要意义。