山东半岛近岸水域中Ulva prolifera绿潮淹没的时空动态

《Marine Pollution Bulletin》：Spatio-temporal dynamics of Ulva prolifera green tides inundation in nearshore waters of Shandong Peninsula

黄海沿岸绿潮时空演变与近岸入侵机制研究，基于2015-2021年多源卫星影像数据，揭示山东半岛近岸 Ulva prolifera 两种入侵模式（反填式与推进式），证实风场是主导时空变异的关键驱动因素，为精准预测与管理提供理论支撑。

　　

凌萌|邹涛|曲芳竹|杨宇|毕晓丽

中国烟台鲁东大学海岸生态高级研究院，264003

摘要

自2008年以来，山东半岛沿岸的社会-生态系统持续受到Ulva prolifera（绿潮）大量繁殖的干扰。尽管卫星监测在追踪远海Ulva prolifera的分布方面取得了显著进展，但对近岸淹没动态的定量评估仍然不足，这阻碍了有效管理措施的实施。本研究利用2015年至2021年的多源卫星图像，系统分析了Ulva prolifera在山东半岛近岸水域的时空分布模式。研究发现两种不同的淹没模式：（1）“填充型”模式，其特征是藻类最初在 Rushan 附近登陆，随后在持续北风的作用下随机扩散；（2）“推动型”模式，藻类从青岛附近开始登陆并向北蔓延，这一过程受风向变化的影响。风场是决定淹没时间和空间范围年际变化的主要因素，而Ulva prolifera的初始释放条件和表面电流的预测能力有限。这些发现为开发预测模型和适应性管理策略提供了实用见解，有助于减轻生态影响，并探索该地区搁浅生物量的潜在价值。

引言

自20世纪70年代以来，许多国家沿海水域频繁发生大规模绿潮，使其成为全球性的海洋生态问题（Smetacek 和 Zingone, 2013; Qi 等, 2022）。在中国，主要由Ulva prolifera引起的绿潮自2007年起每年都在黄海出现（Liu 等, 2013; Shao 等, 2024）。这些藻华通常从4月中旬到5月初在苏北浅滩的放射状沙脊区域形成（Hu 等, 2010; Hou 等, 2024）。在表面电流和东南季风的作用下，它们最终在6月中旬至下旬淹没山东半岛的近岸水域（Gao 等, 2020; Li 等, 2021）。

虽然Ulva prolifera本身无毒，但其积累和沉积会对山东半岛的沿海地区造成严重的生态和经济损害（Li 等, 2021）。藻类的分解会消耗溶解氧并释放有害的硫化合物，对海洋养殖业产生负面影响（Lyons 等, 2014; Sun 等, 2025）。2008年至2015年间，这些事件造成的经济损失达3.5亿美元（Hu 等, 2017），凸显了其巨大的财务影响。因此，获取关于沿海水域和邻近海滩Ulva prolifera淹没情况的准确和及时信息对于减轻生态危害和防止进一步的经济损失至关重要。

遗憾的是，现有研究主要集中在开阔海域的Ulva prolifera动态上（Hou 等, 2024; Li 等, 2025; Xing 等, 2019），对于短期（几天到几周）近岸淹没过程的理解存在空白。例如，2019年的媒体报道指出Ulva prolifera》曾绕过青岛并在 Rushan 初次登陆，这表明存在不同的“淹没模式”。然而，这些模式的特征和驱动因素仍不明确。

此外，驱动大型藻类淹没动态的机制尚未完全阐明。虽然绿潮被冲上岸通常被视为其漂移过程的终点，但其背后的驱动因素包括Pyropia yezoensis养殖区（Wang 等, 2015; Xing 等, 2019）的初始释放、受季节性季风和表面电流驱动的向北漂移（Bao 等, 2015; Qiao 等, 2011），以及影响最终搁浅模式的局部近岸因素，如海岸线形态、水深和涡流（Lara-Hernández 等, 2024）。准确区分这些各个过程的影响对于改进缓解策略和优化预测模型参数至关重要。

海洋颜色传感器，如中分辨率成像光谱仪（MODIS）和地球静止轨道海洋颜色成像仪（GOCI），由于其高重访频率和多光谱覆盖能力，在监测开阔水域的Ulva prolifera动态方面表现出强大的操作能力。然而，由于浅水干扰和陆地邻近效应，它们的250–500米分辨率限制了近岸区域的检测（Wang 和 Hu, 2021）。中高分辨率传感器通过提供显著提高的空间细节解决了这一问题。值得注意的例子包括Landsat系列（30米）、Sentinel-2A/B（10–20米），以及中国的混合地球观测系统，其中包括中国-巴西地球资源卫星（CBERS，20–80米）、高分（GF，0.8–16米）、环景（HJ，30米）和海阳（HY，20米）卫星。这些多平台数据集的协同整合实现了对沿海水域Ulva prolifera的全面监测，提高了空间检测灵敏度，同时保持了足够的时间覆盖范围，以准确追踪藻华的发展和扩散。

通过构建一个综合的绿潮分布数据集，本研究旨在分析山东半岛沿海地区Ulva prolifera淹没的时空模式，并识别影响其动态的关键环境因素。研究结果为改进清理策略规划、减少社会经济干扰以及优化沿海绿潮管理预测模型提供了宝贵见解。

研究区域

我们的研究目标是黄海西南部（32.5°N-38°N, 119°E-124°E）的沿海生态系统，该区域有两个生物地球化学特征不同的地点（图1），它们分别对应Ulva prolifera生命周期的关键阶段：黄圈区域为藻华起始区，红圈区域为近岸积累区。

起始区包括苏北浅滩，这是一个位于射阳河和长江河口之间的200公里宽的潮间带泥滩。

Ulva prolifera冲上岸的时空变化

从卫星数据中提取的Ulva prolifera淹没过程的年际时空动态见图S2。图4展示了2015年观察到的典型淹没模式：6月12日在Rushan湾首次检测到藻类斑块，随后沿海岸线迅速双向扩散，在Rushan和青岛附近大量积累。

准确性和不确定性评估

本研究首次全面分析了山东半岛近岸水域Ulva prolifera的时空登陆动态。虽然低分辨率卫星图像在近岸监测方面存在显著的空间精度限制（Wang 和 Hu, 2016），但我们的方法整合了多种分辨率的卫星图像（从高分辨率到中/低分辨率），有效追踪了即使是小规模的藻类斑块。

结论

通过对2015年至2021年多源卫星数据的综合分析，本研究描绘了山东半岛Ulva prolifera淹没的时空动态及其控制机制。研究发现两种不同的淹没模式：“填充型”模式和“推动型”模式。

我们的研究结果强调了风的作用，特别是风向和风速，在控制Ulva prolifera登陆的时间、位置和范围方面起着关键作用。

CRediT作者贡献声明

凌萌：撰写——初稿，监督，方法论，数据管理，概念构思。邹涛：监督，方法论，数据管理。曲芳竹：撰写——初稿，监督，软件，方法论，概念构思。杨宇：撰写——审稿与编辑，软件，数据管理。毕晓丽：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，方法论，概念构思。

利益冲突声明

我们声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（资助编号：42406193）和山东省自然科学基金（资助编号：ZR2023MD046）的支持。