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海洋学连通性（Oceanographic connectivity）对海洋生物多样性意义重大，但全球尺度的综合评估缺失。研究人员通过拉格朗日模拟（Lagrangian simulations）等，生成全球海岸线连通性数据集并开发 coastalNet 包。这为研究海洋生态系统动力学及制定保护策略提供重要依据。
在广袤无垠的海洋世界里，海洋生物多样性的分布与海洋学连通性紧密相连。海洋学连通性由洋流驱动，它就像一把双刃剑，一方面，能形成隔离种群的屏障，促进生物多样性的分化；另一方面，又能助力物种的远距离扩散，帮助它们在气候变化的浪潮中找到新的家园，维持种群的延续。然而，令人遗憾的是，尽管海洋学连通性如此重要，在全球尺度上却一直缺乏全面的评估。以往的研究方法较为简单，无法精准捕捉海洋复杂的过程和地形特征对连通性的影响，这就像用一把简陋的尺子去测量精细的艺术品，难以得到准确的结果，严重阻碍了人们对物种扩散生态学的理解，也限制了有效海洋保护策略的制定 。
为了攻克这些难题，来自葡萄牙阿尔加夫大学海洋科学中心（Centre of Marine Sciences, CCMAR/CIMAR LA）、挪威北极大学、西班牙国家自然科学博物馆等机构的研究人员携手合作，展开了一项具有开创性的研究。他们成功生成了全球首份沿海海洋学连通性估计数据集，其中涵盖了连通性概率和旅行时间等关键信息。同时，还开发了 coastalNet 这个 R 语言包，方便人们获取、分析和可视化这些连通性数据。这一成果发表在《Scientific Data》上，为海洋学研究开辟了新的方向。
研究人员运用了多种关键技术方法。首先，利用全球海洋物理再分析（GLORYS12V1）的每日洋流数据，其水平分辨率达到 0.08°（在赤道附近约 9.2 公里），整合了卫星和原位观测数据。基于此，通过 R 语言进行拉格朗日模拟（Lagrangian simulations），追踪虚拟粒子的运动轨迹。模拟采用 Uber H3 网格系统，分辨率为 5，选取与海岸线相交的六边形网格定义沿海源和汇位点。此外，开发 coastalNet 包，运用图论和相关算法来计算和分析连通性指标。
研究结果
- 数据集构成：数据集永久存储于 Figshare 仓库，包含用于地理信息系统（GIS）的 GeoPackage 文件，记录沿海六边形位点的空间分布及唯一标识符；还有压缩的逗号分隔值文件，详细记录位点间的连接信息，如源位点、汇位点、粒子释放日期和旅行时间。
- 连通性概率范围：海洋学连通性概率受直接连接和多代踏脚石途径影响。直接连接的最低概率为1.304×10?4 ，考虑踏脚石连通性时，概率会因低概率连接的复合效应变得更低。
- 技术验证结果
- 数据完整性：检查 GLORYS12V1 洋流数据，未发现缺失值，确保了输入数据的质量。
- 模拟一致性：所有六边形位点都至少有一次记录的连通性事件，保证了分析的全面性。
- 关键扩散动态验证：证实粒子持续时间越长，位点间连通性越高，且长距离扩散事件频率低于短距离事件。
- 粒子释放频率敏感性分析：在一定范围内改变粒子释放频率，发现每日释放超过 1 个粒子会导致冗余轨迹，但整体连通性模式基本不变；而低于 1 个粒子可能影响全球沿海连通性模式的解析。
- coastalNet 包功能：该包提供一系列功能，如 getDataBase () 用于下载或加载连通性数据库；getHexagonID () 可识别特定位置的六边形 ID；getConnectivityEvents () 能提取特定的连通性事件；getPairwiseConnectivity () 计算位点间连接强度；mapConnectivity () 可视化连接强度。通过这些功能，用户可灵活分析连通性数据。
研究结论与讨论
这项研究意义非凡。它提供的全球沿海海洋学连通性数据集，为海洋学连通性研究树立了新的标杆。借助这个数据集和 coastalNet 包，科研人员能够更深入地探索沿海海洋生态系统复杂的动态变化，了解海洋生物如何在洋流的推动下扩散、迁移，进而为制定更有效的海洋保护策略提供科学依据。比如，在规划海洋保护区时，可以参考这些数据，确保保护区之间有足够的连通性，有利于生物的扩散和基因交流。
然而，研究也存在一定局限性。模拟未明确考虑潮汐动力学，一些局部过程如沿岸和跨岸速度也记录不足，在强潮流区域应用时可能受限。此外，六边形网格简化了沿海地形，在复杂沿海区域可能降低空间精度。但这些问题在全球尺度环境建模中普遍存在，后续可通过补充模型或区域特定分析来改进。总体而言，该研究成果为海洋生态保护和物种扩散研究提供了宝贵的数据资源和有力的分析工具，推动了海洋科学领域的发展 。
