烟台-威海异常海岸锋与山东半岛北部沿海水域冬季大规模藻华之间的关联

《Progress in Oceanography》：Association of abnormal Yantai-Weihai coastal front with large-scale algal bloom in winter in the northern Shandong peninsula coastal waters

2021年冬季山东半岛黄渤海海域发生持续性有害藻华。本研究基于卫星遥感与再分析数据，揭示海表温度锋面（Yantai-Weihai Coastal Front, YWCF）通过稳定水体环境、富集营养盐，协同河流径流与风生洋流共同作用，导致藻华异常增强与早发。HAB自10月27日黄河口附近起始，沿西北风与东南向洋流扩散，受YWCF阻隔而持续发展，至12月28日消退。该研究为区域藻华预测提供新机制。

　　在2021年冬季，山东半岛北部的沿海水域经历了一场显著且持续的有害藻华（HAB）事件。该事件的发生与海水温度锋面密切相关，这种锋面被认为对营养物质的积累具有重要影响，并可能作为藻华扩散的物理屏障。本文旨在通过卫星遥感数据和再分析数据集，探讨这一大规模藻华的持续时间和范围机制，特别是分析Yantai-Weihai沿海锋面（YWCF）在其中所扮演的关键角色。

藻华是一种生态异常现象，通常表现为海洋浮游植物在特定环境条件下迅速繁殖或聚集到一定密度，导致海水变色或对其他海洋生物造成不利影响。在过去的几年中，HAB已成为威胁人类社会发展和破坏海洋生态系统的重要问题。例如，在中国山东的Sishili湾，2012年的大规模藻华改变了沿海水域的面貌，影响了旅游业和渔业。而在法国大西洋沿岸，2021年夏季的HAB爆发引发了缺氧事件，对海洋生物造成了严重损害。这些影响在依赖海洋资源的地区尤为明显。

山东半岛北部的沿海水域是重要的渔业和水产养殖中心，因此HAB的爆发不仅对当地的海洋环境和生态资源造成严重影响，还对沿海旅游业和水产养殖业的正常运营构成威胁。此外，HAB还可能对人类健康和生命安全构成威胁，尤其是在涉及有毒藻类如Akashiwo sanguinea的爆发中。这种藻类能够产生强烈的神经毒素，并在海产品中生物累积，从而在食用时带来潜在的健康风险。因此，研究HAB爆发的原因和机制对于保障环境和财产安全具有重要意义。

海水温度锋面在调节海洋环境参数方面具有关键作用。海洋锋面通常是指海洋中不同性质的水体相遇的狭窄过渡区域，这些区域形成了海洋环境参数的急剧变化。在海洋中，海水温度的时空异质性会形成锋面，而锋面的交汇则会促进营养物质和浮游植物生物量的积累。这种积累通常会形成一个初级生产力较高的区域，或者作为物理屏障，阻止沿海物质和生物的扩散。此外，海洋生物的行为，如移动和聚集，往往受到海水重力和光照变化的影响，而锋面区域的强垂直环流和辐射则为这些行为提供了重要的机械能量。

研究表明，离岸水体的升温趋势与近岸水体的降温趋势相结合，会增强海洋锋面，从而提高沿海藻华的发生概率和相关风险。此外，研究还发现，海洋锋面在调节春季浮游植物爆发的时间和强度方面具有重要作用。例如，在黄海地区，海洋锋面能够显著减少从近岸向大陆架水域的物质和能量传输。同时，一些研究指出，高叶绿素-a（Chl-a）浓度与低海水温度和高海洋锋面频率之间存在良好的空间匹配。这些现象表明，海洋锋面在调节海洋生态系统中的物质和能量流动方面具有重要作用。

然而，历史统计数据表明，中国沿海水域的HAB频率在冬季最低，尤其是12月份。尽管如此，冬季的HAB仍然可能对海产品（如海带）的生长造成严重影响，并对水产养殖业造成重大损失。2021年11月至12月期间，山东半岛的Jiming岛和荣成湾附近出现了多起肉眼可见的HAB爆发，海水呈现出深红色，持续数天。这些HAB事件对荣成的传统海带养殖业造成了严重损失。

研究发现，2021年秋季的极端降雨事件引发了洪水，导致异常低浊度和极高氮磷比的淡水流入渤海，从而触发了HAB。然而，这种异常大规模的HAB的分布特征、发展过程和机制仍然不明确。鉴于海洋锋面在调节藻华方面的作用，本文提出了一个假设，即YWCF可能是2021年冬季HAB爆发的关键因素，因为此前研究表明，YWCF是一个持续超过一个季节的锋面。

本文通过整合多源遥感数据，系统揭示了YWCF与浮游生物聚集之间的关联性，以及其对2021年冬季异常HAB的影响。通过使用经过验证的RAB算法来提取HAB信号，结合天气条件和卫星数据质量，本文选择了具有时间和空间代表性的日期，以描述这一藻华事件的一般发展过程。在10月27日，HAB首先在黄河流域入海口附近的近岸水域被检测到，当时受影响的区域较小，表明这是藻华爆发的初期阶段。

随着研究的深入，本文进一步探讨了影响HAB爆发和持续的多个环境因素。研究发现，在HAB爆发的初期阶段，河流的流量对藻华的发生具有最显著的影响。黄河的流量增加会带来携带大量营养物质的淡水，为HAB的发生提供了触发条件。此外，冬季的风向和洋流也对藻华的扩散和持续起到重要作用。例如，盛行的西北风和东南向洋流会促进藻华沿海岸扩散，而YWCF则可能在其中起到稳定和调控的作用。

通过分析这些因素，本文揭示了YWCF在调节HAB发生和持续中的关键作用。研究发现，YWCF的异常增强和早期出现有助于维持HAB，通过创造一个稳定的海洋环境和增强的营养浓度。此外，YWCF还可能作为物理屏障，阻止藻华物质的扩散，从而延长其存在时间。因此，本文认为，YWCF可以作为预测未来HAB的重要指标，特别是在山东半岛北部这样的关键渔业和水产养殖区域。

本文的研究成果不仅有助于理解HAB的形成和持续机制，还为未来的海洋环境管理和灾害预防提供了科学依据。通过结合多源遥感数据和RAB算法，本文能够更准确地监测和分析HAB的发展过程，从而为相关决策提供支持。此外，本文还强调了海洋锋面在调节海洋生态系统中的重要性，表明这些现象在海洋环境的动态变化中起着关键作用。

在数据方面，本文使用了来自NASA OceanData和NASA OceanColor的多源遥感数据，包括MODIS和VIIRS提供的每日光合有效辐射（PAR）和叶绿素-a（Chl-a）数据，以及每月的Chl-a合成数据。这些数据为研究提供了重要的支持，使得能够更全面地分析HAB的时空分布和变化趋势。

本文的研究方法包括对HAB信号的提取、对海洋环境参数的分析以及对相关因素的综合评估。通过这些方法，本文能够更准确地识别HAB的初始阶段和扩展过程，从而揭示其形成和持续的机制。此外，本文还结合了天气条件和卫星数据质量，确保分析结果的准确性和可靠性。

在结论部分，本文指出，2021年冬季在Yantai-Weihai沿海水域爆发的HAB事件代表了山东半岛冬季罕见的大规模生态灾难。通过多源遥感数据，本文系统揭示了YWCF与浮游生物聚集之间的关联性，以及其对2021年冬季异常HAB的影响。这些发现为理解HAB的形成和持续机制提供了新的视角，并为未来的海洋环境管理和灾害预防提供了科学依据。

本文的研究成果不仅有助于提高对HAB事件的认识，还为相关管理部门提供了重要的决策支持。通过分析HAB的发生和发展过程，可以更好地预测和应对未来的藻华事件，从而减少其对生态环境和经济的影响。此外，本文还强调了海洋锋面在调节海洋生态系统中的重要性，表明这些现象在海洋环境的动态变化中起着关键作用。

总的来说，本文的研究为理解HAB的形成和持续机制提供了重要的科学依据，特别是在山东半岛北部这样的关键渔业和水产养殖区域。通过结合多源遥感数据和RAB算法，本文能够更准确地监测和分析HAB的发展过程，从而揭示其形成和持续的机制。这些发现不仅有助于提高对HAB事件的认识，还为相关管理部门提供了重要的决策支持，以更好地应对未来的藻华事件，减少其对生态环境和经济的影响。