开发适用于大范围地理区域的漂浮海藻群落状况与趋势评估方法

《Environmental Science & Technology》：Developing a Status and Trends Assessment for Floating Kelp Canopies across Large Geographic Areas

有效管理美国西海岸大型海藻森林需要跨区域数据整合与直观指标。本研究提出海藻覆盖指数，基于1984-2024年遥感数据（Landsat卫星和华盛顿州航空影像），将海岸线划分为311段，评估2024年海藻冠层覆盖度为基准期的80%（-0.62分），显示持续下降趋势（近五年平均-1%）。该指数通过分段评估、参考期设定（2014年前）和可视化仪表盘，兼顾科学严谨性与政策可操作性，已应用于华盛顿州和加利福尼亚州海洋健康报告。

　　在面对全球气候变化和人类活动对海洋生态系统日益加剧的影响时，科学家们和政策制定者正在寻求更加有效的工具来评估和管理关键的海洋资源。其中，巨藻森林（kelp forests）作为重要的海洋生态系统，不仅为多种生物提供栖息地，还在碳储存、水质净化和海岸线保护等方面发挥着重要作用。然而，目前对巨藻森林的监测数据多集中于局部区域，且主要面向科学界，难以满足高层决策者和公众对全面、易懂信息的需求。因此，研究者们提出了一种新的评估指标，以更全面、直观的方式反映巨藻森林的现状与变化趋势。

### 巨藻森林的重要性与面临的挑战

巨藻森林是全球沿海生态系统中的重要组成部分，其覆盖范围从北美洲西海岸的华盛顿州延伸至加利福尼亚州，包括多个州的沿海区域。巨藻（如巨藻，*Macrocystis pyrifera* 和角藻，*Nereocystis luetkeana*）能够在岩石基质上形成广阔的海面冠层，为众多海洋生物提供栖息地和食物来源。然而，近年来由于海洋温度上升、海洋热浪（marine heat waves）以及人类活动的加剧，巨藻森林正面临前所未有的压力。这些变化不仅影响巨藻的生长和分布，还对依赖巨藻的生态系统服务造成威胁。

2014年至2015年期间，一场被称为“Blob”的大规模海洋热浪席卷了北美洲西海岸，导致巨藻森林大面积退化，生态系统功能受到严重冲击。这一事件凸显了海洋热浪对巨藻森林的影响，也引发了对如何建立长期监测和评估机制的迫切需求。为了应对这一挑战，科学家们和政策制定者开始探索一种能够在更广泛的地理范围内提供信息的评估工具，以便更好地指导管理和政策制定。

### 新型巨藻森林评估指标的构建

研究人员提出了一种新的巨藻森林评估指标，该指标基于海面冠层数据，能够跨数千公里进行整合，并以一种简单直观的方式呈现给不同受众，包括政策制定者和公众。这一指标的构建考虑了多个关键因素：

1. **数据来源与整合方式**：该指标主要依赖于遥感数据，包括卫星和空中摄影。这些数据能够提供大范围、长期的巨藻冠层覆盖信息，具有较高的时空分辨率。其中，卫星数据（如Landsat）提供了自1984年以来的季度数据，而空中摄影则提供了更精细的分辨率数据，尤其在华盛顿州的长期监测中得到了应用。

2. **地理区域划分**：为了确保指标的适用性和灵活性，研究人员将整个海岸线划分为多个10公里左右的地理段（coastal segments）。这些段落可以根据实际需要进行调整，以适应不同地区的地理特征和管理需求。通过这种方式，评估结果既保留了局部信息，又能汇总为整个区域的综合指标。

3. **参考期的设定**：参考期的设定是评估巨藻森林状态的重要环节。研究人员选择了2014年之前的全部数据作为参考，因为这是“Blob”海洋热浪的起始时间，标志着巨藻森林的重大变化。通过比较当前数据与历史数据，可以更准确地评估巨藻森林的变化趋势。

### 指标的应用与结果

在2024年，该指标评估出巨藻森林的整体状态低于历史基准，评分值为-0.62，处于“低于预期”（below expectation）的类别中。这一结果反映了巨藻森林在过去几年中经历了持续的退化，尽管2024年比2023年有所改善，但整体仍未能恢复到历史水平。然而，值得注意的是，尽管2023年是历史上最糟糕的一年之一，2024年却显示出明显的恢复迹象，表明某些地区可能已经开始逐步恢复。

从地理分布来看，华盛顿州的奥林匹克半岛和西边的胡安·德·富卡海峡的巨藻冠层覆盖接近历史基准，而其他地区的覆盖情况则显著低于参考水平。在俄勒冈州，巨藻覆盖率为38%；在加利福尼亚州北部、中部和南部，分别为4%、47%和36%。值得注意的是，加利福尼亚州的海峡群岛（Channel Islands）的巨藻覆盖率达到了84%，显示出一定的恢复潜力。

此外，该指标还评估了近年来的巨藻森林变化趋势。数据显示，尽管2024年的五年累积变化率为-1%，但这一变化并不显著（95%置信区间为[-3%, 2%]）。相比之下，历史趋势显示了长期的下降趋势，平均每年下降0.27%。这一结果表明，虽然近年来有局部的恢复迹象，但整体上巨藻森林仍然处于持续退化的状态。

### 指标的适用性与优势

这一新型评估指标具有多个显著优势。首先，它能够适应多层级的治理需求，既适用于地方层面的管理，也适用于国家层面的政策制定。其次，该指标通过地理段落的方式，保留了局部信息，使得不同区域的变化趋势可以被单独分析，同时也支持整体趋势的评估。这种分段评估方法确保了数据的灵活性和准确性，能够更好地反映不同区域的实际情况。

此外，该指标的设计还考虑到了与其他海洋健康指标的兼容性。例如，华盛顿州的“浮动巨藻指标”（Floating Kelp Indicator）和加利福尼亚州的“Kelpwatch”项目都采用了类似的评估方法，但各有侧重。通过整合这些数据，研究人员能够更全面地评估巨藻森林的状态和趋势，为政策制定者提供更加科学和实用的决策依据。

### 指标的未来应用与研究方向

这一新型评估指标的构建为未来的海洋管理和政策制定提供了重要的工具。通过将其纳入“西海岸海洋联盟”（West Coast Ocean Alliance）和“加利福尼亚州海洋保护委员会”（California Ocean Protection Council）的报告框架中，研究人员希望能够推动更广泛的政策和管理行动。此外，该指标还可以用于优先科学研究和监测，以进一步了解巨藻森林的变化机制和恢复潜力。

为了确保这一指标的广泛应用，研究人员将其代码开源，并提供了详细的分析方法。这一做法不仅促进了科学界的透明度和可重复性，还为其他地区和国家的类似项目提供了参考。通过这种方式，科学家们希望能够在全球范围内推广这一评估方法，为保护和恢复海洋生态系统提供支持。

### 结论与展望

综上所述，这一新型巨藻森林评估指标的构建和应用为理解巨藻森林的现状和变化趋势提供了重要的工具。通过整合遥感数据、地理段落划分和参考期设定，研究人员能够更全面、直观地评估巨藻森林的状态，并为政策制定者和公众提供易于理解的信息。尽管当前的结果显示巨藻森林仍然面临严峻挑战，但2024年的改善迹象表明，某些地区可能已经开始恢复。未来的研究将继续关注这一指标的长期效果，并探索更多方法以进一步提升其科学性和实用性。