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夏威夷檀香山的太平洋上有太阳光线
下午在夏威夷檀香山的太平洋上有太阳阳光。 图片来源:Dexter Mikami / Alamy Stock Photo。
来宾帖子
2022年1月24日8:00

来宾帖子:为什么海洋可能会面临更多的极端,例如太平洋“斑点”

来宾作者

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01.24.22
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24.01.2022 |8:00 AM
来宾帖子 来宾帖子:为什么海洋可能会面临更多的极端,例如太平洋“斑点”

极端天气的破坏性影响被刻在我们的集体记忆中。仅在2021年,世界在北美西部看到了创纪录的高温,欧洲,中国和西非的致命洪水以及地中海的野火。

但是,除了这些事件发生在陆地上,海洋也经历了极端条件。2015年,北太平洋看到了有史以来最大的海洋热浪,被称为“斑点”。

随着地球的温暖,海洋热浪可能会变成更激烈,发生更频繁地持续更长的时间。但是作为我们最近的论文自然解释说,我们还将看到更多的场合 - 与“斑点”一样 - 同时发生两种或更多类型的极端事件。

这些“复合”事件可能比单个热浪具有更大的破坏性影响,影响了海洋生物,例如微小的浮动植物,,,,海鸟海狮

太平洋的“斑点”

在2015 - 16年度,许多热带太平洋都经历了与强烈相关的高海面温度的创纪录厄尔尼诺事件,导致珊瑚礁的广泛漂白和死亡。

同时,北太平洋正在看到极端的温暖,这一事件被称为“斑点”。在2015年的顶峰时,斑点覆盖了大约400万平方公里(KM2)的海洋,从阿拉斯加延伸到加利福尼亚州巴哈。

斑点对海洋生态系统产生了巨大后果,导致初级生产下降 - 海洋植物生产食物以生长和生长的过程 - 并迫使鱼类和其他生物移动以寻找凉爽的栖息地。延长的有害藻类也对贻贝和螃蟹渔业产生了毁灭性的影响,进而导致海鸟,海豹和海狮的大量死亡。

毫不奇怪,斑点当时抓住了头条新闻。国家地理,例如,将其描述为“煮太平洋的斑点”。斑点的某些生态后果是今天仍然挥之不去,有几个海洋动物种群没有完全康复。

“三重复合”极限事件

我们的研究使用来自区域海洋生物地球化学模型的模拟不仅探索了斑点的极端热量,而且还探索了当时东北太平洋的上水柱在其他方面是否与众不同。特别是关于其氧气和酸度(通过海水的pH值测量)。

当两种或多种类型的极端事件一起发生 - 在陆地上或海洋中 - 被称为“化合物“ 事件。双重化合物(两种类型)甚至三重化合物(三种类型)事件正在为海洋生态系统增加新的且在很大程度上不量化的压力。我们的研究旨在检查2013 - 15年度北太平洋的斑点是否是一个复合极端事件,这可能会解释一部分对海洋生物的毁灭性影响。

下图显示了斑点发生的东北太平洋地区的时间。浅橙色的阴影表示何时发生海洋热浪(单个事件)。深橙色和紫色分别涉及海洋热浪和低氧或极低的pH值的双重化合物事件。灰色表示同时发生所有三种极端类型的时间。

东北太平洋发生极端事件以及受影响的地区的百分比
表明东北太平洋发生极端事件的时间表以及受影响的地区的百分比。颜色表示单个海洋热浪(浅橙色),这是一个同时加热和低氧(深橙色)的双重化合物事件(深橙色),一个带有同时热和酸度极端的双重化合物(紫色),以及带有三重化合物事件同时发热,氧气和酸度极端(灰色)。资料来源:Gruber等人(2021)。

该图显示了2015年东北太平洋几个月的灰色阴影。这表明热浪与酸度和氧气的极端相吻合,使斑点的一部分至少一部分是三重化合物事件。该图表还显示了2015年峰值之前的几个双重极端(深橙色和紫色)​​,从2013年到2015年的斑点周期在记录中延伸到1980年代的纪录中极为不寻常。

三重化合物事件覆盖了大面积的海洋,如左侧左侧的地图中的灰色区域所示。灰色越深,极端条件越深。

太平洋斑点事件影响的面积和深度
地图(左)显示了2015年7月20日被BLOB事件覆盖的区域。灰色阴影表示三重事件的程度,而其他颜色则代表双重事件和单个事件。图表中的灰色阴影(右)指示了受影响的水柱的深度。资料来源:Gruber等。((2021)。

该地图显示了从加拿大西南海岸的一个大弧线延伸到开阔的海洋,总共覆盖了近0.20万km2。随附的图表显示,该活动延伸到70米和更多海洋。

鉴于斑点的规模和程度,这并不是不合理的,希望某些观察到的对海洋生态系统的后果可能是海洋酸度和低氧气的同时极端产生的结果,从而扩大了持久的热波的影响。

极端的未来

作为我们研究的一部分,我们对海洋温度,酸度和氧气中极端的全球模型分析进行了全球模型分析,这使我们能够将斑点的结果置于全球角度。

海洋中的极端事件是一种全球现象,尽管发生了最强烈的极端情况。从表面上看,最严重的极端发生在东部热带太平洋和中高纬度地区。在海洋中,最强的事件主要发生在低纬度地区。

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我们的结果表明前工业时期而且目前,海洋热浪已变得多10倍,极端氧气的普遍性变化大约是普遍的五倍。极端海洋酸度已实质上已接近永久性,这意味着它们已经增加了近100倍。

这些引人注目的增加是海洋变暖,氧气耗尽的上升趋势的直接结果 - 称为“脱氧” - 海洋酸化本身主要是由二氧化碳排放到大气中引起的。因此,我们可以高度自信地说,海洋热浪和海洋酸化极端的增加主要是由人类活动引起的。

展望未来,这意味着,只要大气二氧化碳和地球的温度不断升高,所有三种极端事件就会增加。这也表明复合事件(同时发生两个或多个极端发生的情况)也很可能在将来发生。

这很重要,因为这些极端事件正在为海洋生物和生态系统增加重大的新压力,这些压力可能在很长一段时间内出现在海洋变暖,海洋酸化和海洋脱氧趋势的较慢趋势之前。例如,极端事件的发作速度或其复发率会淹没有机体可用于应对极端条件的机制。

2015年4月在加利福尼亚海滩上的一只死海狮
2015年4月,在加利福尼亚海滩上的一只死海狮子。信贷:路透社 /Alamy Stock Photo

解决威胁:以三种主要方式

尽管对复合极端事件的海洋生物和生态系统造成了潜在的有害后果,但它们仍然知之甚少。我们认为,我们非常需要在三个关键领域加强研究。

第一个问题是将条件归类为“极端”的标准。在我们的文章中,我们采用了一种相对阈值方法,该方法将极端的日子定义为利益的财产超过第99个百分位(在温度和酸化的情况下),或者位于第一个百分位(对于氧气的情况下)以下。长期季节平均水平。尽管这是极端事件研究中最常用的方法,但它可能高估了极端对能够快速适应的海洋生物的影响。

一种根本不同的方法涉及绝对阈值,例如维持代谢的最小氧浓度或海水如此酸化以使其变得腐蚀性的点。需要在特定的影响下选择此类标准。

其次,直接观察海洋表面以下的极端条件仍然非常有限。幸运的是,由于最近的发展,例如生物地球化学Argo- 一组自动分析的舰队,可实时监视海洋。看海洋的内部至关重要,因为大多数海洋生物都生活在数百米之间。

第三个也是最大的挑战是我们对极端如何影响生物和生态系统的非常有限的理解。特别是,关于双重或三重化事件的效果知之甚少。在我们的论文中,我们概述了需要更好地理解的不同过程 - 在单元格的级别一直到那些管理生态系统的结构和功能。例如,热休克蛋白的表达有助于稳定各个极端过程中的基本生理功能,生态系统可能通过其物种组成的转移而适应较小的物种而适应极端的频率。

更好地了解海洋极端,尤其是在其对海洋生物和生态系统的影响方面,将有助于设计策略以应对后果。例如,这可能包括暂时关闭捕鱼场,以减少系统上的其他压力源。

这项努力还将有助于提高我们对海洋变暖,海洋脱氧和海洋酸化过程的影响的理解,因为预计从现在开始的几十年来,今天的极端情况预计将成为规范。

Gruber,N。等。(2021)海洋的生物地球化学极端和复合事件,自然,doi:10.1038/s41586-021-03981-7

奉献:

博伊德教授将有关海洋极端的文章献给了丽贝卡·哈里斯博士,塔斯马尼亚大学气候期货团队的主任以及她对陆地生物圈极端影响的关键研究。

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