21世纪初全球海洋色彩变化热点揭示：卫星观测揭示气候变暖对低纬度海洋生态系统的直接影响

针对全球气候变化下海洋生态系统的响应机制问题，研究人员通过25年卫星遥感数据（1998-2022）首次系统评估了全球海洋色彩变化趋势。研究发现36%海域（约1.22亿平方公里）出现显著色彩变化（P < 0.1），其中低纬度海洋呈现"蓝化"（α增加0.17°年-1 ），而25%海域"绿变"（α降低0.25°年-1 ）。研究创新性应用Liang-Kleeman信息流（L-K IF）方法证实海表温度（SST）和ENSO事件对海洋色彩动态的直接因果影响，为理解气候变暖背景下海洋生态系统演变提供了新视角。

　　

海洋是地球最大的生态系统，其变化直接影响全球气候和生物地球化学循环。随着全球变暖加剧，科学家们迫切需要理解海洋如何响应气候变化这个关键问题。传统研究多关注单一海洋参数变化，而海水颜色这个看似简单的特征，实则蕴含丰富信息——它像一面镜子，能同时反映浮游植物群落、悬浮颗粒物、溶解有机物等多种组分的综合变化。然而，长期以来缺乏对全球海洋色彩系统性变化的研究，特别是气候变化与海洋色彩动态的因果关系尚不明确。

中国的研究团队在《SCIENCE ADVANCES》发表重要成果，通过分析25年（1998-2022）的欧空局海洋颜色气候变化倡议（OC-CCI）卫星数据，结合NOAA高分辨率海表温度（SST）数据集，首次全面揭示了21世纪初全球海洋色彩变化的时空格局。研究创新性地应用CIE-XYZ 1931色彩空间系统量化海水色度，并采用Liang-Kleeman信息流（L-K IF）方法解析气候驱动因子与海洋色彩的因果关系。结果显示：全球36%海域呈现显著色彩变化趋势，其中低纬度海洋的"蓝化"与浮游植物群落结构变化（硅藻减少、蓝藻增加）密切相关，而ENSO等气候事件通过影响SST异常，直接导致赤道太平洋和印度洋水域色彩波动。

关键技术方法包括：1）基于CIE-XYZ 1931色彩空间系统将卫星遥感反射率（R_rs
）转换为色度坐标（x,y）和色调角（α*）；2）采用奇异谱分析分解时间序列为季节、年际和异常分量；3）应用Liang-Kleeman信息流量化SST与海洋色彩的因果关系；4）利用全球原位浮游植物高效液相色谱（HPLC）数据集建立水色与浮游植物类群（PTGs）的关系模型。

【卫星观测的全球海洋色彩时空格局】
研究发现全球海水色调角（α*）呈现明显的纬度梯度分布：开阔大洋呈深蓝色（α*≈220°），大陆架水域为浅蓝色（α*≈210°），而受陆源输入影响的沿岸水域多呈黄绿色（30°<>^-1
速率增加，25%海域以0.25°年^-1
速率降低。

【气候变化对海洋色彩的影响】
通过信息流分析首次证实：SST趋势分量（SST^t
）对水色趋势（α_t

）具有显著因果影响，在印度洋和太平洋呈现高度同步信号。极端SST事件（>16%气候基线）虽仅占5%案例，但导致α异常（α_a

）波动达15°。ENSO事件通过多变量ENSO指数（MEI）直接影响赤道太平洋水色异常，正MEI相位导致赤道太平洋α增加（变蓝），而南太平洋中纬度区域α*降低（变绿）。

【水色变化指示的浮游植物动态】
建立水色与叶绿素a（Chla）的定量关系（R²
=0.59），发现低纬度海域α增加对应浮游植物总生物量下降及群落结构变化——硅藻比例减少而蓝藻和定鞭藻增加。相反，高纬度海域（特别是南大洋）α降低反映浮游植物生物量增加，这与SST升高导致混合层变浅、光照增强有关。七大类浮游植物功能群（PTGs）中，硅藻、定鞭藻和远洋藻与α*变化相关性最高（R²

0.3）。

这项研究的重要意义在于：首次通过25年卫星观测证实全球海洋正在发生系统性色彩变化，其中低纬度海域是响应气候变化的"核心变化区"。研究建立的"水色-气候"因果关系模型为理解海洋生态系统对全球变化的响应提供了新范式。特别是发现即使94%海域SST波动较小（<14%气候基线），仍能通过改变水体层结和营养盐输送显著影响浮游植物群落。该成果为预测未来气候变化下海洋生态系统的演变趋势提供了重要基线，也为发展基于水色遥感的海洋生态监测预警系统奠定了理论基础。研究强调在全球变暖背景下，需要持续关注低纬度海洋动态，特别是极端气候事件（如海洋热浪）对海洋生态系统可能造成的非线性影响。