海上风电场尾流对海洋环境的影响：春季浮游植物水华响应的生物物理机制研究

本研究针对大规模海上风电场（OWFs）部署对海洋生态系统的潜在影响，通过耦合FVCOM-ERSEM模型模拟了英国西北北海区域风电场尾流（wind-wake）对海洋生物物理过程的扰动。研究发现风能提取导致区域叶绿素a（Chl-a）浓度整体下降7%，其中水华期降幅显著（2.86%），并揭示了上升流/下降流偶极子（dipole）通过改变水体层化（PEA）调控浮游植物分布的机制。该研究为评估可再生能源开发与海洋生态保护的平衡提供了关键科学依据。

　　

随着全球能源转型加速，北海地区计划到2050年部署超过260GW海上风电场（OWFs），但风能开发对海洋生态的复合影响仍不明确。风电机组不仅通过基础结构扰动水动力环境，其大气尾流（wind-wake）还会改变海表风应力，进而影响关键生态过程——如调控浮游植物水华的物理-生物耦合机制。这一问题对理解可再生能源开发与海洋生态系统服务功能的平衡至关重要，尤其在水华期为高等营养级生物（如鱼类、海鸟）提供关键食物资源的背景下。

苏格兰政府海洋局等机构研究人员在《Progress in Oceanography》发表研究，通过耦合有限体积社区海洋模型（FVCOM）与欧洲区域海洋生态系统模型（ERSEM），模拟了英国福斯湾-泰湾海域三座OWFs（包括在建的Neart na Gaoithe和已投运的Seagreen）尾流效应。研究选取2003年（含现场验证数据）进行模拟，对比有无风电场情景下，将春季水华划分为前水华期（3月1-25日）、水华期（3月26日-4月26日）和后水华期（4月27日-6月30日），分析物理参数与Chl-a的时空变化。

关键技术包括：1）基于STARS算法划分水华物候期；2）采用泰勒图验证模型温度、盐度和Chl-a的垂直剖面数据；3）参数化风场缺损（最大10%风速降低，尾流范围30km）；4）通过势能异常（PEA>25 J m^-3
）界定层化水体；5）沿跨风电场断面分析上升流/下降流偶极子对生物物理参数的12小时尺度影响。

物理与生物变化的水华物候特征
模型显示OWFs导致区域Chl-a总量下降7%，其中前水华期降幅最大（8.55%）。空间分析揭示风尾流引发海表高度（SSH）偶极子：下降流区汇聚较淡较暖水体增强层化（PEA↑7 J m^-3
），而上升流区盐度增加（+0.2 psu）、温度降低（-0.4°C）削弱层化。这种物理重组导致水华期层化水域Chl-a减少，但后水华期混合水域Chl-a增加0.5 mg m^-3
，表明效应具有生境特异性。

盛行风条件下的精细尺度变化
西南风期间，尾流左侧形成持续12小时的下降流区，使近岸混合水域Chl-a增加；而东北风导致尾流下游60-70km处出现上升流，将营养盐输送到真光层，使季节层化区Chl-a提升0.4 mg m^-3
。潮汐椭球与风向的相互作用调控了偶极子空间格局——当西南风与潮汐同向时，物理扰动更易延伸至远场区域。

生态意义与管理启示
研究首次量化了风尾流通过改变层化强度产生的"双刃剑"效应：在永久混合区增强层化可促进初级生产，而在季节层化区却导致营养隔离。这一发现解释了为何区域Chl-a总量下降背景下仍存在局部热点（如SCML亚表层叶绿素最大值层）。作者建议未来评估需结合：1）风机基础湍流效应；2）气候变暖对层化的叠加影响；3）更高时空分辨率模拟，以捕捉偶极子对高营养级的级联效应。该研究为北海跨国风电场群的生态风险评估提供了方法论框架，凸显了可再生能源开发中物理-生态耦合建模的重要性。