引言
大型藻类生命周期中一个尚未被充分探索的方面是它们脱离后作为颗粒在海洋中漂浮的时期。在此期间，它们可能是活的、死的或处于衰老的不同阶段。无论如何，脱离并不意味着其生态影响的结束。恰恰相反，漂浮的大型藻类对长距离扩散做出了重要贡献，促进了其自身的分布以及相关联的搭便车物种的扩散（Holmquist, 1994; van den Hoek, 1987）。如果它们被输送到较深的海洋区域，大型藻类还可以有助于碳封存。然而，漂浮的大型藻类也可能带来负面的生态后果，包括促进大型藻华的发生，最终导致更多的搁浅事件（Arroyo & Bonsdorff, 2016; Bj?rk et al., 2023; Ortega et al., 2019）。这些效应发生的位置特别取决于大型藻类的漂移速度和轨迹。而这些又受到大型藻类在漂浮过程中所经历的水动力学和空气动力学力的塑造，包括速度不一的洋流、潮汐、波浪和风（Arroyo & Bonsdorff, 2016; Biber, 2007）。其中，洋流和风在确定移动速度和方向方面尤为重要（Canal-Vergés et al., 2014; Coppin et al., 2024a）。风直接影响表层水流速度。特别是在最上层（Bhaganagar et al., 2022; Delpeche-Ellmann et al., 2021），当风向与水流方向一致时，风可以增强表层水流速度。
在脱落的物种中，只有少数因具有正浮力而能保持在水面漂浮，这种浮力可能来源于减少密度的形态特征，如Fucus vesiculosus和Ascophyllum nodosum中的充气囊或Zostera marina中的通气组织（Coppin et al., 2024b; Flindt et al., 2004）。这种浮力使它们位于海水-空气界面处，使其同时受到水动力学拖曳力（影响水下部分）和直接风力作用（影响露出水面部分）的影响（Bhaganagar et al., 2022; Jachowski & Ksi??kiewicz, 2024）。相比之下，具有负浮力的物种会下沉，主要受水动力学力的影响。
关于脱离后的大型藻类在哪里和如何漂浮的研究，迄今为止主要集中在少数具有生态重要性或被视为有害的物种上，例如黄海中的Ulva prolifera（Zhou et al., 2021）、Sargassum（Bonner et al., 2024）、四种热带海草物种（Cymodocea rotundata、Halophila ovalis、Halodule uninervis和Thalassia hemprichii）（Lai et al., 2018）以及红树植物繁殖体（Van der Stocken et al., 2015）。这很大程度上忽视了那些形态各异、实际上在海洋中漂浮并被冲上我们海岸的大型藻类（Flindt et al., 2004）。事实上，用于预测漂移速度和轨迹的模型主要关注的是无生命物体，例如救生筏、表面漂浮器、油膜、冰山、货运集装箱、微塑料和大型塑料（Christensen et al., 2023; Jachowski & Ksi??kiewicz, 2024; Li et al., 2025; Novelli et al., 2017; Wagner et al., 2022; Wu et al., 2024）。目前缺乏一种能够预测广泛的大型藻类物种及其他颗粒漂移速度的通用模型，以供广泛应用。
除大型藻类外，了解大型塑料颗粒的漂浮行为也是必要的。大型塑料颗粒可以有各种大小、形状和材质，可以在海洋中漂浮并在海滩上积聚，构成重大的环境问题（Eriksen et al., 2023）。从物理学角度来看，大型塑料颗粒可能被视为与大型藻类类似，因为它们具有相当的大小和类似的形状多样性，因此可能受到水动力学和空气动力学因素的相似影响。因此，用于预测广泛大型藻类物种漂移速度的方法也可能适用于大型塑料颗粒。因此，作为次要目标，我们测量了大型塑料颗粒的漂移速度，并评估了为大型藻类开发的模型对大型塑料颗粒的预测效果。
计算悬浮颗粒漂移速度的最简单方法是假设漂移速度等于水流速度（Flindt et al., 2004; Van der Stocken et al., 2015）。对于受风影响的正浮力物种，可以额外增加风速1–4%的顺风因子到海表水流速度中（Wagner et al., 2022）。由于这些方法仅考虑了有限的因素范围，因此开发了额外的模型以提高精度，包括惯性效应、升力和附加质量力等因素（Beron-Vera et al., 2019）。基于原始的Maxey-Riley方程（Maxey & Riley, 1983），Beron-Vera et al.（2019）开发了一套方程来预测有限尺寸浮性颗粒在水面漂浮时的漂移速度。在Miron et al.（2020）中，这些方程被应用于赛艇槽中漂浮的浮标，从而验证了该模型，并简化了赛艇槽实验中的预测方程。这些方程组考虑了浮力，但没有考虑颗粒的形态特征。
对于具有负浮力的大型藻类物种，我们建议漂移速度可以根据水流速度以及诸如物体特定的水动力学阻力和与底部的相互作用等反作用效应来计算。我们进一步建议，大型藻类在水中运动的阻力可以通过终端沉降速度来参数化，该速度可以通过实验测量或理论计算得出。Gronwald et al.（2025）证明大型藻类的沉积速度受其形状的影响。他们提出了一种确定大型藻类形状因子的新方法，并将其纳入此前为椭球形沉积颗粒开发的拖曳方程中（Riazi & Türker, 2019），从而能够更准确地预测大型藻类的沉积速度。据我们所知，底部阻力尚未明确为漂浮的大型藻类进行参数化，不过已有如Dong et al.（2023）等人提出的公式可供参考。
为了开发预测大型藻类漂移速度的模型，我们在赛艇槽实验中研究了具有不同形态的正浮力和负浮力大型藻类物种的漂移速度。我们测试了三种不同水流速度在有和没有与水流同向风的情况下对漂移速度的影响。实验结果使我们能够评估现有模型对正浮力大型藻类样本漂移速度的预测精度，并为形态多样的负浮力物种开发模型。我们还对大型塑料颗粒进行了漂移速度测量，并评估了为大型藻类开发的模型对大型塑料颗粒的适用性，以检验其对非生物颗粒的通用性。
Friederike Gronwald | Zhiyuan Zhao | Rolf Karez | Tjeerd J. Bouma | Florian Weinberger
