塞内加尔沿海生态系统暖冷过渡期声学散射群体的空间分布特征及其与环境因子的关联机制

本研究针对西北非洲上升流生态系统中生物资源分布机制不清的问题，通过多频声学探测与机器学习建模，揭示了塞内加尔沿岸5类昼间和6类夜间声学散射群的空间分异规律，发现鱼群偏好浅海而浮游生物集中于17-21℃水层，为上升流生态系统资源管理提供了声学分类新范式。

　　

在西北非洲沿岸，季节性上升流将富含营养的深层海水推向表层，形成了全球最高产的海洋生态系统之一。这片水域不仅养育着大量沙丁鱼等小型中上层鱼类（Small Pelagic Fish, SPF），更是当地渔业经济的命脉。然而，随着过度捕捞和气候变化加剧，这个脆弱生态系统的平衡正面临严峻挑战。令人担忧的是，科学家们至今仍未能完全破解上升流如何驱动生物分布的奥秘——就像面对一个复杂的"海洋密码"，我们能看到鱼群随季节变化的表象，却难以解读其背后的环境调控机制。

法国海洋开发研究院（Institut Fran?ais de Recherche pour l'Exploitation de la Mer, IFREMER）的Viviane David领衔的研究团队决定用"声学之眼"来破解这个谜题。在2022-2023年上升流初期，他们沿塞内加尔海岸（12°N-17°N）开展了为期一个月的SCOPES航次调查，这项创新性研究最终发表在《Journal of Marine Systems》上。

研究团队构建了一套多技术融合的研究体系：采用五频段（38-333 kHz）科学回声探测仪采集水体生物散射信号，结合Scanfish拖曳式剖面仪获取100米以浅的温度、溶解氧等环境参数；运用层次聚类算法将1,301,856个夜间和750,482个昼间声学单元分类，并通过XGBoost机器学习模型解析环境偏好；同时辅以中层拖网采样验证生物组成。这种"声学指纹识别+环境大数据"的创新方法，首次实现了对该区域生物群体的高精度分类与环境响应解析。

【Environmental conditions over the southern Senegalese shelf】
环境数据显示调查期间海表温度呈现19-27℃的显著梯度，在佛得角半岛南北两侧存在明显的冷水涌升。温度、溶解氧的垂直分层结构为不同生物群体提供了差异化的栖息环境。

【Description of the echo-groups】
声学聚类识别出5类昼间和6类夜间散射群：昼间EG1-EG5与夜间EG1-EG5存在对应关系，而夜间独有的EG6被证实为迁移群体。38 kHz强散射的鱼群（推测为沙丁鱼 Sardinella spp.）集中分布于浅海，而17-21℃水层中存在密集的声散射层（SSL），可能由鱼卵或仔鱼构成。其余群体则分别对应流体型浮游动物（如桡足类）和含气浮游动物（如管水母）。

【Discussion】
研究发现上升流初期生物分布呈现"沿海-离岸"和"昼-夜"双重分异：鱼群占据营养丰富的近岸水域，而浮游动物则在特定温层形成垂直连续分布。特别值得注意的是，夜间EG6群体的广泛分布揭示了昼夜垂直迁移（Diel Vertical Migration, DVM）在该生态系统能量传输中的关键作用。机器学习模型进一步量化了各群体对环境因子的非线性响应，为预测气候变化下的资源变动提供了新工具。

这项研究构建了西北非洲上升流生态系统的首张"生物分布图谱"，其创新性体现在三方面：一是建立了适用于复杂沿岸环境的声学分类框架，二是揭示了暖冷过渡期生物群体的环境适应策略，三是为生态系统管理提供了科学依据。正如作者所言，当塞内加尔的渔民们撒网时，他们捕获的不仅是今天的鱼获，更是整个生态系统的健康信号——这项研究正是解码这些信号的关键钥匙。