2015/16年强烈的厄尔尼诺现象以及极端降雨事件对西热带大西洋沿海浮游生态系统中的微中型浮游动物和中型浮游动物的影响

《Marine Environmental Research》：Influence of the strong 2015/16 El Ni?o and extreme rainfall events on micro- and mesozooplankton in a coastal pelagic ecosystem of the Western Tropical Atlantic

影响巴西Tamandaré海湾浮游动物群落的厄尔尼诺与极端降雨事件研究。通过2013-2019年四次/a采样，分析环境因子（叶绿素a、盐度等）与浮游动物丰度、组成的年际变化，发现2015/16年强EN导致群落结构转变，2017/2019年极端降雨通过径流输入营养盐显著改变微/中浮游动物群落。

　　这项研究探讨了2015/16年“Godzilla”厄尔尼诺（EN）事件及其后续极端降雨（2017年和2019年）对巴西塔曼达雷湾本地浮游动物群落的影响。研究团队收集了微浮游动物和中浮游动物（大于64微米）的样本以及非生物数据，每年大约进行四次采样，时间跨度从2013年6月到2019年8月。通过对这七年时间序列的分析，研究者关注了浮游动物的丰度、组成以及环境条件（如叶绿素a、盐度、温度、风、河流径流和水透明度）的变化，同时评估了热带南大西洋海表温度（TSA）指数的影响。

研究结果表明，在厄尔尼诺期间，塔曼达雷湾的降雨量远低于季节平均值，导致Una河的径流量减少，水体更加清澈。相反，2017年和2019年的极端降雨事件则对多个非生物因素产生了显著影响。在雨季，某些浮游动物如桡足类的*Euterpina acutifrons*、纤毛虫的*Favella ehrenbergii*以及“其他纤毛虫”显示出较高的丰度。这表明，这些物种对降雨带来的营养物质输入极为敏感，尤其是在Una河径流量达到峰值的时期。

厄尔尼诺事件在研究区域引发了显著的群落变化。研究者观察到，在厄尔尼诺之后的时期，许多浮游动物类群的丰度显著增加。其中，*F. ehrenbergii*的丰度在厄尔尼诺之后尤为突出，并且与Una河的径流量和叶绿素a浓度呈强烈正相关。这进一步说明，该物种的生长和分布受到河流输入带来的营养物质影响。通过这种长期监测的方法，研究者获得了关于塑造热带沿海浮游生态系统过程和驱动因素的新见解。

热带沿海生态系统是许多关键生态服务的重要支撑，例如手工渔业、旅游业、碳固定、生物多样性和近海鱼类种群的育幼功能。这些生态系统对日常的水文和大气变化非常敏感，例如潮汐模式、风和淡水径流。因此，气候变化，如干旱和极端降雨事件，可能对这些环境产生重大影响，尤其是在受到外部驱动力（如全球厄尔尼诺南方涛动（ENSO））影响的区域。在ENSO的背景下，强而持续的厄尔尼诺事件通常伴随着干旱，而拉尼娜事件则伴随着强烈的降雨。这种模式在热带大西洋南部地区已有报道，同时，巴西东北海岸（NEBC）也受到大西洋尼诺（即大西洋赤道模式中的海表温度下降高峰）的影响，这种现象与ENSO紧密相关。

2015-2016年的厄尔尼诺事件被认为是历史上最强的，被称为“Godzilla”厄尔尼诺。这种强厄尔尼诺事件不仅仅是局部系统自然变化的体现，还包含了全球气候波动的影响。然而，尽管2010年和2019年的较弱厄尔尼诺事件已经对热带和亚热带大西洋的某些关键区域产生了影响，但目前还没有研究评估强厄尔尼诺事件是否对巴西东北海岸的沿海水域产生了显著的水文和生物变化。

浮游动物的时间序列数据是研究自然气候波动或异常以及它们对浮游生态系统影响的重要工具。浮游动物的丰度和群落结构通常会随着环境条件（如盐度、温度和食物来源）的变化而呈现季节性波动。在一般情况下，桡足类在沿海海域的微浮游动物（大于20微米）和中浮游动物（大于200微米）中占据主导地位。它们的生物量是许多动物的重要食物来源，包括鱼苗、大型无脊椎动物、珊瑚以及一些以桡足类尸体和粪便为食的微生物。

桡足类群落（包括成体、 copepodites 和 nauplii 阶段）对环境变化的反应尤为迅速，是海洋食物网中的关键组成部分，既是草食性滤食者，也是其他消费者的捕食者，例如纤毛虫。在巴西塔曼达雷湾的热带沿海地区，已有研究发现浮游动物的丰度和群落差异在干季和雨季之间存在。然而，这些研究的时间跨度较短（仅一到两年），并未考虑可能的气候异常和ENSO的影响。

降雨是影响热带沿海生态系统的重要气象因素之一。降雨量的剧烈变化是大多数热带地区的特点，通常在干季和雨季之间波动，甚至在年际之间也存在显著差异。在巴西东北海岸地区，降雨量受到热带太平洋和大西洋海表温度（SST）变化的影响。2017年和2019年的极端降雨事件在该地区被记录，这些事件干扰了水文条件，并影响了营养物质和沉积物的输送，对浮游动物群落的结构可能产生重要的影响。然而，目前对这些极端降雨事件及其对巴西东北海岸生态系统的影响仍缺乏深入研究。

本研究旨在测试一个假设：重要的气候事件（即2015-2016年的强厄尔尼诺事件以及2017年和2019年的极端降雨事件）对热带西大西洋沿海浮游生态系统中的环境条件和浮游动物群落具有显著影响。具体而言，研究希望分析这些事件对盐度、温度、水透明度、风、叶绿素a、河流径流、热带南大西洋海表温度、浮游动物组成、丰度以及关键的微浮游动物和中浮游动物类群的可能影响。

研究区域位于塔曼达雷湾（8°46’07.5” S, 35°06’03.6” W），属于“Costa dos Corais”海洋保护区的一部分。该湾是一个被珊瑚礁环绕的半封闭海湾，维持着本地特有的珊瑚和拟珊瑚虫（Santos et al., 2015; Brito-Lolaia et al., 2020）。此外，塔曼达雷湾还受到邻近的Mamucabas和Ilhetas溪流带来的淡水和营养物质输入。附近的Una河对这一沿海区域有着显著影响，尤其是在极端降雨事件期间，河流的径流量会显著增加，进而影响湾内的水文和生态条件。

在研究过程中，研究人员发现降雨和非生物条件之间存在显著的年际差异（表1，图2和图3）。降雨在干季和雨季之间呈现出明显的差异，雨季的降雨量高峰尤为显著。雨季的平均累积降雨量为26.3毫米/天，而干季则为8.8毫米/天。在2015/16年厄尔尼诺事件期间，采样活动分别在2015年5月、2016年5月和7月进行，这一时期厄尔尼诺南方涛动指数（ONI）达到了2.5。这些数据表明，厄尔尼诺事件对降雨模式产生了显著影响，并进一步影响了水体的物理和化学条件。

在讨论部分，研究人员首次对热带西大西洋沿海浮游生态系统中的过程和驱动因素进行了系统分析。研究发现，2016-2017年的“Godzilla”厄尔尼诺事件对降雨的季节性变化（包括干季和雨季以及极端降雨事件）产生了显著影响，并进一步影响了环境条件和多个热带沿海浮游动物类群。研究团队观察到了三种意想不到的结构过程：1）在厄尔尼诺事件期间出现了两次降雨失败的情况；2）极端降雨事件导致了水体盐度和温度的显著变化；3）这些变化对浮游动物的群落结构和丰度产生了深远影响。

研究结果表明，厄尔尼诺事件不仅改变了降雨模式，还对水体的物理和化学条件产生了深远影响。这些变化可能影响到浮游动物的生存和繁殖，进而改变整个浮游生态系统的结构和功能。同时，极端降雨事件带来的大量淡水输入和营养物质输送，也对水体的环境条件产生了重要影响，这些影响可能持续数月甚至数年。

通过这项研究，研究人员构建了对热带沿海地区浮游动物季节变化和年际波动的清晰图景。仅通过一到两年的采样工作，可能无法发现导致浮游动物群落波动或变化的稳定驱动因素。因此，长期监测和分析对于理解气候变化对海洋生态系统的影响至关重要。研究还表明，极端降雨事件在改变水体环境条件的同时，也对浮游动物的组成和丰度产生了重要影响，这些影响可能通过增加淡水输入和营养物质的供应，促进浮游动物种群的增长。

本研究的成果不仅有助于理解厄尔尼诺事件对热带沿海生态系统的长期影响，还为未来的研究提供了新的方向。通过分析降雨事件与浮游动物丰度之间的关系，研究人员可以更好地预测气候变化对海洋生态系统的影响。此外，研究结果还表明，降雨模式的变化可能对浮游动物的分布和种群动态产生重要影响，这些影响可能在不同的年份和季节之间表现出不同的特征。

研究团队还发现，降雨事件对水体的透明度和温度产生了显著影响。在厄尔尼诺事件期间，由于降雨量减少，水体的透明度增加，这可能为某些浮游动物提供了更好的生存条件。而在极端降雨事件期间，水体的透明度降低，温度波动加剧，这可能对浮游动物的生存和繁殖产生不利影响。这些变化可能通过影响水体的物理和化学条件，进而改变浮游动物的群落结构和丰度。

此外，研究团队还关注了叶绿素a浓度的变化。叶绿素a是衡量水体中浮游植物丰度的重要指标，其浓度的变化可能直接影响浮游动物的食物供应。在厄尔尼诺事件期间，由于降雨量减少，河流径流量下降，叶绿素a的浓度可能较低，这可能导致浮游动物的食物供应减少，进而影响它们的生长和繁殖。而在极端降雨事件期间，由于河流径流量增加，叶绿素a的浓度可能上升，这为浮游动物提供了更多的食物来源，从而促进它们的生长和繁殖。

研究还发现，风的变化对水体的混合和营养物质的输送具有重要影响。在厄尔尼诺事件期间，风的变化可能导致水体的混合减弱，从而影响营养物质的分布。而在极端降雨事件期间，风的变化可能增强水体的混合，促进营养物质的输送，这可能对浮游动物的生长和繁殖产生积极影响。这些变化可能通过影响水体的物理和化学条件，进而改变浮游动物的群落结构和丰度。

研究团队还注意到，水体的盐度变化对浮游动物的生存和繁殖具有重要影响。在厄尔尼诺事件期间，由于降雨量减少，水体的盐度可能升高，这可能影响某些浮游动物的适应能力。而在极端降雨事件期间，水体的盐度可能降低，这可能为某些浮游动物提供更适宜的生存条件。这些变化可能通过影响水体的物理和化学条件，进而改变浮游动物的群落结构和丰度。

综上所述，这项研究揭示了厄尔尼诺事件和极端降雨事件对热带沿海浮游生态系统的深远影响。通过长期监测和分析，研究人员能够更好地理解这些气候事件如何塑造海洋生态系统的结构和功能。研究结果表明，降雨模式的变化、水体的物理和化学条件、以及营养物质的输送是影响浮游动物群落的关键因素。因此，未来的研究应进一步关注这些因素之间的相互作用，以更全面地理解气候变化对海洋生态系统的影响。