气候变暖与海平面上升重塑潮间带沉积物热力动态

《Earth's Future》：Warming and Sea-Level Rise Transform Intertidal Sediment Thermal Dynamics

　　

潮间带沉积物是海岸生态学和生物地球化学的重要热点区域。其功能和生态受温度强烈控制，然而未来气候变暖和海平面上升（SLR）对其热力动态的影响尚未量化。研究人员以荷兰的Oosterschelde作为代表性模型系统，模拟了不同变暖和海平面上升情景下潮间带沉积物的现今及未来（2100年）热力动态。尽管海平面上升导致的潮间带面积损失仍较小，但露出时间将大幅减少，使该系统的热力调节从空气主导转变为水主导。结合气候变暖，这将导致沉积物温度系统性升高但变率降低，夏季极端温暖事件的频率（从5%升至最高25%）、持续时间和空间范围均将加剧。这种此前未被认识的潮间带沉积物热力体制重塑对底栖生物和生物地球化学通量具有重要意义，制约栖息地适宜性并影响海岸带的营养盐循环。

潮间带沉积物是地球上生产力最高的生态系统之一，支撑着丰富的底栖生物群落，并作为有机质降解和营养盐循环的热点区域。温度是控制这些生态与生物地球化学过程的关键变量，例如影响生物生长与死亡率以及生物地球化学反应速率。然而，未来气候变暖和海平面上升（sea-level rise, SLR）如何改变潮间带沉积物的热力动态，此前尚未被量化。以往研究多基于有限观测或仅关注现状，缺乏对未来情景下的系统模拟。因此，研究人员以荷兰西南部Oosterschelde潮汐湾为代表性系统，该海域拥有大面积潮间带，且受海平面上升和热浪威胁，旨在评估不同排放情景下沉积物温度体制的变化及其生态和生物地球化学意义。

研究人员应用开源模型TempSED，模拟了2020年基线和2100年四种未来情景（低排放干/湿变体Ld/Ln，高排放干/湿变体Hd/Hn）下整个潮间带的沉积物温度与热通量。结果显示，尽管SLR造成的潮间带面积损失较小（从93.4 km²降至92.5或89.6 km²），但沉积物露出时间显著减少，系统热力调节从空气主导转向水主导。结合气候变暖，沉积物温度系统性升高但变率降低，夏季极端高温（>35°C）事件频率从5%升至最高25%，且持续时间与空间范围扩大。该热力体制重塑对底栖生物和生物地球化学通量具有重要影响。

研究人员将Oosterschelde潮间带离散为约3000个水平网格，结合2021年测深数据、六个监测站的潮位记录和两个站的水温数据，以KNMI'23情景（SSP1-2.6, SSP5-8.5）提供气象强迫，利用广义可加混合模型（generalized additive mixed model, GAM）基于历史数据预测未来水温。SLR通过增加平均水位44 cm（Ld/Ln）和82 cm（Hd/Hn）实现，并依据线性