在河口海洋热浪的地下影响研究中出现了意想不到的发现

发表在著名的《地球物理研究杂志：海洋》上的一项新研究来自威廉玛丽弗吉尼亚海洋科学研究所（VIMS），利用三十多年的数据证明，与海洋热浪相关的极端水温持续时间比以前已知的要长，表现出地下季节性模式，并与缺氧区的扩张有关。

这项新研究由海洋科学学院博士生 Nathan Shunk 领导，以 Piero Mazzini 和 Cassia Pianca 在 2022 年进行的研究为基础，该研究首次对切萨皮克湾海洋热浪的气候方面进行了全面研究。与马志尼和皮安卡的工作一样，这些新发现对切萨皮克湾及其他地区的管理决策都有影响。

缺乏正确频率和足够长时间的数据意味着全球对海洋热浪期间水面以下的温度知之甚少。在这项研究中，Shunk 和他的合著者 Mazzini 和 Ryan K. Walter（加州理工学院）探索了切萨皮克湾三个不同监测项目的数据——国家数据浮标中心、业务海洋学产品和服务中心以及弗吉尼亚州的切萨皮克湾国家河口研究保护区——涵盖 1986 年至 2021 年。

通过切萨皮克湾计划获得的地下温度数据和其他变量（如溶解氧）使该团队能够识别海洋热浪事件期间的地下异常剖面。最终，他们确定了大约760个海洋热浪垂直剖面图，用于他们的分析。

“首先，如果没有收集我们探索数据的各种监测计划三十年的坚定努力，这项研究是不可能的。因此，我要感谢使这些数据集的使用成为可能的研究人员和工作人员，“Shunk说。“这项分析最令人惊讶的方面是，变暖在冬季达到了底部。我们预计这些事件的影响仅限于表面，就像我们在夏天发现的那样。

海洋热浪期间地下的季节性变化

研究表明，海洋热浪事件对地下的影响因季节而异。记录了两种制度：“同质季节”和“分层季节”。在秋季和冬季发生的“均质季节”期间，海洋热浪期间的变暖发生在整个水体中，影响底层生物。另一方面，在春季和夏季的海洋热浪“分层季节”期间，变暖只出现在近地表，而不是底部。

切萨皮克湾春季和夏季固有的水柱分层（密度对比）有助于将底部与极端条件隔离开来，也许可以保护生物体免于超过其温度耐受性。相反，秋季和冬季的弱分层使热量在海洋热浪期间一直渗透到底部。

“令人印象深刻的是，我们全年看到的密度的微小变化可以决定海洋热浪的渗透深度，”Shunk说。“夏季分层（密度对比）的轻微增加就像毯子一样，阻挡了海洋热浪的向下延伸，从而保护底部免受极端高温的影响。由于气候变化，我们预计海洋热浪将变得更加频繁，因此了解它们在切萨皮克湾的行为至关重要。

虽然温度不太可能超过生物体的温度耐受性并导致死亡，但高温仍然会影响生物体的行为。蓝蟹是可能受到这种现象影响的生物体的一个例子。海洋热浪温度模式可能会破坏它们的迁徙模式，方法是在秋季和冬季提前启动它们或延迟它们，因为海洋热浪温度异常更大并存在于整个水柱中。

在这项研究之前，切萨皮克湾的海洋热浪被认为持续了大约11天，但这项研究表明，在海洋热浪之前和之后的几个月里，地表温度通常会升高，在地下的海洋热浪之前和之后的几天到几周。未来与环境中热应激相关的研究应仔细考虑高温的整个持续时间。

盲区：更复杂的情况

在氧气分布方面，研究结果描绘了一幅更复杂的图景。随着深度的变化，这种现象不仅发生在垂直方向上，而且在整个切萨皮克湾的空间上也会发生变化。虽然整个海湾都出现了变暖，但氧气的减少主要发生在深水道中。在海洋热浪期间，溶解氧浓度下降，这意味着水中的氧气减少，冬季和春季下降幅度最大。在4月至10月的大多数情况下，这些减少与切萨皮克湾主干深水道中发现的海湾缺氧区域的扩大有关。缺氧通常被称为死区，对海湾的海洋生物有重大的负面影响。表层海洋热浪和海底缺氧的共同发生可能导致鱼类和其他生物在水柱中的可用栖息地暂时“挤压”。

马志尼（Mazzini）回顾了用于研究的数据的价值，他说：“我们非常幸运，通过切萨皮克湾不同监测计划数十年来的巨大数据收集工作，提供了如此丰富的信息。我希望我们研究的重要结果能激发全球其他河口监测计划的制定。像海湾现在可用的长期数据集对于帮助我们更好地了解气候变化及其后果至关重要，并指导未来的管理行动，这将有助于为子孙后代保护我们的海洋和河口环境。

关于博士生Nathan Shunk

自从成为VIMS威廉玛丽海洋科学学院的学生以来，Shunk获得了许多奖学金来支持他的研究，包括Maury奖学金（2023年8月至2025年8月）和W&M-教务长杰出学费奖学金（2023年8月至2025年8月）。

丽贝卡·拉图雷尔（Rebecca Latourell），VIMS