《Environmental Pollution》：From rainfall to seafloor: Tracing riverine and urban stormwater litter transport in Mediterranean fishing grounds through systematic meteorological station testing
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降水可通过城市雨水径流途径将陆源垃圾 mobilizes 进入沿海水域，其中可能包括合流制排水系统溢流(CSOs)，但建立降雨与海底垃圾积累之间的定量关系一直被证明具有挑战性。河流排放增加了复杂性，可能将垃圾从渔业海域冲刷带走。研究人员在西北地中海的九个港口测
降水可通过城市雨水径流途径将陆源垃圾 mobilizes 进入沿海水域，其中可能包括合流制排水系统溢流(CSOs)，但建立降雨与海底垃圾积累之间的定量关系一直被证明具有挑战性。河流排放增加了复杂性，可能将垃圾从渔业海域冲刷带走。研究人员在西北地中海的九个港口测试了54个气象站-渔业海域组合（2019–2024年，236次底拖网作业），检验了2至20周的降水窗口以及六个连接位点的河流排放效应。降水作为城市雨水输入（包括CSO激活）的代理指标，但CSO激活未被直接测量。气象站的选择关键性地决定了检测到的效应：仅在Vilanova i la Geltrú一地，气象站的选择就产生了每10 mm降水?62%至+88%不等的估计值，表明地理邻近性并不能保证水文连通性。研究揭示了两种港口类型：Type A型，呈现正向降水响应（n = 7，其中5个显著），与城市雨水输送一致；Type B型，呈现河流冲刷效应（n = 2，负向效应）。河流主要起移除而非输送垃圾的作用：六个连通港口的五个显示冲刷效应（每100 m3/s流量变化为?13.1%至?100%）。仅Vilanova i la Geltrú显示正向河流效应（+12%），反映了通过Llobregat河从巴塞罗那向下游的积累效应以及强烈的局部降水响应（+88%）。大多数港口的时间特征不同：正向降水效应通常在2–5周内达到峰值（4/5个显著港口），而河流效应则在12–18周，其中L'Ametlla de Mar（16周）为例外；具体机制未被直接确认。管理策略应针对具体地点制定：Type A港口采用城市雨水基础设施管理，Type B港口采用上游河流管理，多源区域则采用协调方法。与城市降水相关的输入（可能与CSO活动相关）是海底垃圾输送的主要相关因素。
**从降雨到海床：地中海渔业海域垃圾输送路径的系统性解析**
**1. 研究背景与科学问题**
海洋垃圾被定义为被丢弃到海洋和沿海环境中的持久性、人造或加工过的固体材料。随着一次性产品的普及和废物管理缺口，海洋垃圾问题日益严峻，其中塑料占据主导地位，常在海滩、海面和海床垃圾中占最大比例。每年有数百万吨塑料从沿海人口密集区进入海洋。由于塑料具有持久性和碎片化特性而非降解性，其影响从栖息地改变、生物缠绕扩展到营养级传递和潜在的人类暴露风险。
地中海盆地是海洋污染的前哨区域：这是一个半封闭海盆，水体交换有限，沿海人口密集，海上交通繁忙。区域评估报告显示西北地中海海床垃圾中塑料占比高达63%，其浓度与河口、排污口和城市化海岸线密切相关。风暴事件能快速将碎片卷入沿海水域。尽管如渔民主导的垃圾回收信用计划等政策解决方案已被提出，但其有效性取决于对输送机制的理解，而目前这些机制的表征仍不充分。
陆源输入通过两条主要途径到达海洋：河流汇集分散的流域来源，在风暴洪水脉冲期间输送能力增强；城市排水系统作为点源，在降雨期间通过雨水径流和CSOs注入大量垃圾。在海域，洋流重新分配漂浮碎片，海底峡谷则通过风暴诱导流和陆架水级联将物料输送到坡下，形成积累热点。然而，将降水与海床垃圾联系起来的驱动因素仍然量化不足。降水常被用作河流和城市输入的广义代理指标，使得难以区分机制或确定相关的时间窗口。这一研究空白对《海洋战略框架指令》(MSFD)和《巴塞罗那公约》等区域政策框架至关重要，这些框架将海床垃圾确定为实现良好环境状态(GES)的关键描述符。
加泰罗尼亚陆缘（西北地中海）提供了理想的研究区域，其拥有多条河流系统、强烈的城市化梯度、多个渔业港口和密集的水文监测网络。地中海气候以偶发性风暴和长期干旱为特征，形成独特的时间格局，能够评估短暂的城市脉冲和延迟的流域响应。研究的核心科学问题包括：城市降水（作为CSO激活的代理）和河流排放是否对海底垃圾产生不同的效应；这些效应沿加泰罗尼亚海岸的地理变化；以及哪些时间窗口能够捕获每种机制。
**2. 研究设计与开展**
研究人员基于ICATMAR渔业监测计划，于2019年至2024年间沿加泰罗尼亚海岸（西北地中海）进行了底拖网调查，覆盖九个主要渔业港口，水深范围50–800米。研究从总计612次拖网作业中筛选出236次具有完整水文数据和经过质量控制的垃圾质量数据的拖网样本。每次拖网记录总垃圾质量、分类垃圾质量、拖网时间和精确地理坐标，并将垃圾质量按捕捞努力量标准化为kg/小时。研究人员将ICATMAR分类重新划分为功能框架：轻质城市垃圾（塑料和纺织品）、重质城市垃圾（玻璃、金属和橡胶）和重质工业垃圾（加工木材、熔渣和建筑材料）。
气象数据来自加泰罗尼亚气象服务中心(Servei Meteorològic de Catalunya)运营的XEMA自动气象站网络，包含170个站点，记录30分钟间隔降水数据，聚合为日总量。研究发现并确定了33个港口20公里范围内的活跃沿海排放点（污水处理厂排放口和CSOs）。
**3. 主要关键技术方法**
研究采用了以下核心技术方法：（1）系统敏感性分析：对每个港口测试3–10个候选气象站，共形成54个港口-气象站组合，基于流域位置、与已知城市雨水排放点的接近度和数据完整性三个先验标准选择站点，而非简单采用最近站点；（2）滞后交叉相关分析：生成2至20周共10个滞后窗口的滚动降水平均值，使用Spearman秩相关评估滞后降水和垃圾丰度之间的关系；（3）负二项广义线性模型(GLM)拟合：采用对数连接函数，纳入季节性正弦/余弦项、港口固定效应和拖网努力量偏移量，以处理过度离散的计数数据；（4）Benjamini–Hochberg错误发现率(FDR)校正控制多重比较假阳性；（5）地理阴性对照验证：测试Ebro河在La Ràpita和L'Ametlla de Mar（受三角洲地貌阻挡）以及Rh?ne河在Roses（距离超过100公里）的效应以验证模型特异性。
**4. 研究结果**
**4.1 最优降水窗口确定**
最优窗口在各港口间从2周到18周不等。正向降水响应的范围跨度为2–16周（中位数5周，5个港口），其中5个中的4个聚集在2–5周；L'Ametlla de Mar（+3.4%）是例外，为16周窗口，落入较慢的河流时间尺度范围。河流介导的冲刷过程跨度为12–18周。除该例外外，快速城市径流与较慢河流介导时间尺度之间存在明显分离，但并非严格的双峰分布。
**4.2 总体检验结果**
在54个港口-气象站组合中，50个获得成功模型拟合（92.6%）。降水效应对海底垃圾总量呈现显著空间异质性，同一港口内不同站点的效应方向可能截然不同。Vilanova i la Geltrú表现出最大的内部变异性，效应范围从?62%到+88%，超过所有港口间的变异性。九个主要港口水平效应在Benjamini–Hochberg校正前后分类一致：七个名义显著效应均保留显著性(q(BH)<0.05)。
**4.3 港口分类**
根据行为一致性将港口分为两类：Type A正向港口（n=7）——Roses(+99.3%, 2周窗口)、Vilanova i la Geltrú(+88.4%, 2周)、La Ràpita(+60.5%, 5周)、Barcelona(+25.2%, 5周)和L'Ametlla de Mar(+3.4%, 16周)达到统计显著，而Arenys de Mar(+18.9%)和Palamós(+5.8%)虽为正向点估计但未达显著；Type B冲刷港口（n=2）——Blanes显示强烈冲刷(?37.1%, 5周窗口)，与Tordera河影响一致(?63.9%)；Tarragona的混合站点信号中，最优站点XE被选以避免Francolí河冲刷(?88.5%)。
**4.4 河流排放效应**
在六个水文连通港口中，河流排放对海底垃圾丰度一致呈现负向效应，表明增加的排放将垃圾移出或重新分配远离渔业海域。六个港口中的五个显示统计显著的冲刷效应：Roses(Muga河: ?99.9%)、Tarragona(Francolí河: ?88.5%)、Blanes(Tordera河: ?63.9%)、Barcelona(Besòs河: ?25.8%)和Palamós(Ter河: ?13.1%)。Vilanova i la Geltrú是唯一例外，显示Llobregat河的正向效应(+11.7%, 18周窗口)，其地理位置位于巴塞罗那下游约35公里处，与沿岸向南输送和下游积累一致。地理对照显示：Ebro河在L'Ametlla de Mar的非显著效应(+0.8%)和La Ràpita的小幅度效应(+6.4%)，以及Rh?ne河在Roses的近似零效应，支持模型捕捉真实水文连通性的解释。
**4.5 垃圾类型特异性响应**
将垃圾分为轻质城市、重质城市和重质工业三类后，样本量大幅减少（每组每个港口仅23–31个样本）。27个港口级检验中仅2个显著：轻质城市垃圾仅在Barcelona显著(+3.6%)，重质工业垃圾仅在Arenys de Mar显著(+6.6%)；重质城市垃圾在9个港口均无显著效应。河流排放分类型分析中，轻质城市垃圾在2/8条河流显示显著冲刷（Blanes-Tordera: ?89.1%; Roses-Muga: ?96.9%），但总体统计功效不足以得出可靠结论。
**5. 讨论与结论**
研究发现与初始假设部分相符。与假设1（河流正向输送）相反，5/6个连接港口显示负向河流效应，表明河流主要将垃圾移出而非输送至渔业海域。城市降水显示出预期的空间限制性（假设2），站点选择的变异性远超港口间河流效应的变异性。时间特征为假设3提供了部分支持，城市径流快速响应与河流介导慢速过程存在区分。空间格局（假设4）部分正确：河流影响更广的沿海区域但产生移除而非积累信号，城市降水效应在空间上局部化。
气象站选择的关键性挑战了传统最近邻方法假设：地理邻近性并不保证水文连通性。Vilanova i la Geltrú的YR站尽管地理位置接近，但因Foix河冲刷显示强负效应(?61%)，而基于水文机制选择的XU站则产生最强正效应(+88.4%)。这一超过150个百分点的范围证明最近邻选择可能从根本上错误表征水文影响。
研究结论指出，系统分析揭示了降水与河流排放与海底垃圾积累的根本不同模式。河流主要起移除而非输送作用（6个港口的5个显示冲刷），而城市降水相关输入是垃圾输送的主要相关因素。时间特征与机制上不同的路径一致：正向降水相关效应通常在2–5周达到峰值，而河流效应为12–18周。这些发现为优先干预提供了量化框架：Type A港口应针对城市雨水基础设施改进，Type B港口需上游河流管理，多源区域需要协调的区域方法。快速输送时间尺度（通常2–5周）若经确认，将支持在月度到季节尺度上评估干预效果。直接测量CSO排放和水柱垃圾输送仍是未来工作优先方向。
