制作人:“格致论坛”微信官方账号
以下是南海海洋研究所研究员唐的讲话:
广东的学生和朋友都很熟悉“台风”的概念和台风带来的灾害,尤其是给我们的生活带来不便。事物都有两面性。一方面,台风给人们带来灾难,但台风对我们有什么好处吗?
我来自南海海洋研究所,主要从事浮游植物研究、海洋生态系统研究和海洋遥感。今天的主题是浮游生物中的浮游植物,这是一种单细胞生物。它太小了,肉眼看不到单个细胞。通常我们必须用显微镜才能看到它。
浮游植物和台风之间有相关性
这种单细胞生物和巨大的台风有什么关联?
这就是我们通常研究的,或者说我们都知道的浮游植物。它很小,看不见。显微镜下是什么样的?
就这样。这是其中一个单细胞。我们之前的研究是在显微镜下观察它的大小,统计这些线条,通过测量线条的长度对它们进行分类,并观察它是如何生长和繁殖的。研究它们的生长和繁殖。
当这种浮游植物在单个细胞中生长时,它被分成两个、两个成四个、四个成八个……这在海洋中形成了一种大型浮游植物,我们称之为藻华。
这实际上是海洋的初级生产力,也是海洋最基层食物链的最底层。但当它大量繁殖时,或者是在特殊的环境中,也会产生有害的水华,这种水华被称为红藻,颜色各不相同。一些红藻可能会产生一些毒素,甚至危害海洋生物。
这是单细胞红藻。当我们研究这些浮游植物时,我们通常在显微镜下观察。
看现场,看看什么情况下会发生藻华。
图片来源:新闻报道 图片来源:新闻报道
有害的赤藻 有害红藻
香港1988年赤潮 1988年香港的红潮
什么情况下会产生毒素或者不会产生毒素?我们需要大规模的观察和长期的数据来支持我们的研究。在过去,这项研究相当困难,很难在海洋上实现长期测量数据并同时安排许多测量点。
利用卫星遥感观测海洋变化
本科的时候学浮游植物,研究生的时候学海洋生物,我很幸运。当我还是医生的时候,我接触过卫星数据。当时的卫星是高科技产品,天空中的卫星可以观测到海洋中肉眼看不见的细胞,真是太奇妙了。
如何衡量?因为浮游植物中有叶绿素,所以叶绿素的含量可以代表浮游植物的数量。卫星可以利用太阳光和散射来监测浮游植物中叶绿素的含量。因此,我们可以知道海洋中浮游植物的分布、密度和变化。
小时候一直喜欢蓝色,喜欢海洋的蓝色,喜欢天空的蓝色空。我们现在将看到天空中有卫星的海洋。
这就是我们经常说的海洋遥感或者卫星遥感,最常用的就是海洋遥感。我们现在知道很多卫星,比如通信卫星等等。
科学家使用海洋卫星,这是我们用卫星探测到的海洋数据。当卫星探测到海洋中叶绿素的数据时,我们首先看到的是中国沿海浮游植物中叶绿素的分布。是不是很奇妙?
卫星遥感 卫星遥感
除了叶绿素,卫星还可以看到海水的温度,比如全球海洋温度的变化。这就是全球气温变化。红色表示温度较高,蓝色表示温度较低。
当我们用连续卫星观察浮游植物和海洋的温度变化时,我们可以看到当前的情况,比如温水的方向和冷水是如何变的。
全球海洋温度分布 全球海洋温度分布
海洋温度与洋流 海洋温度和洋流
同时也展示了世界浮游植物分布的变化。我们可以看到有些地方的数值比较高,有些地方浮游植物的浓度比较低。
进一步研究浮游植物的变化。在当地,在南海可以看到浮游植物的生长图,这是一个巨大的喷射流,从沿海地区喷射到海洋中产生。这些都是由无数看不见的单细胞藻类生长决定的。
浮游植物的叶绿素变化 浮游植物的叶绿素变化
这张照片显示了阿拉伯海浮游植物的分布,就像海洋中的漩涡。因此,我们可以利用卫星遥感数据来了解全球浮游植物的分布。
阿拉伯海的浮游植物叶绿素 阿拉伯海浮游植物叶绿素
而且,我们可以清楚地看到一些当地美丽的浮游植物分布。过去没有卫星遥感的时候,我们很难做这种研究。
当我们处于其中时,很难知道它是漩涡还是喷射流,因为漩涡有一个巨大的面积,直径为200-300公里。
台风对浮游植物和海洋环境的影响
进一步的研究表明浮游植物在大范围内突然增长。这与海洋环境和风有关,风的驱动和营养物质的再分配是不同的。台风如何驱动养分的分布?
形成于热带或副热带26℃以上广阔海面上的热带气旋 热带或亚热带地区26℃以上广阔海面上形成的热带气旋
全球台风路径 全球台风路径
当台风到达陆地时,它可能会带来一些灾害。它在海上的情况如何?首先,我们来看看全球海洋分布。南海位于西太平洋,西太平洋和南海的台风非常频繁,为我们研究台风提供了大量的数据来源。
台风和浮游植物有什么关联?首先,我们研究了2005年的台风达维。南海海南岛的朋友可能知道一些。那一年台风很强,从菲律宾穿越到海南岛。
台风“达维”,2005 2005年台风达维
自然界中,海洋是什么情况?这是台风的冷轨迹。红色表示台风很强。可以看出,台风到达海南岛时,程度非常强烈。
台风“达维”路径,2005 2005年台风达维路径
对比台风过后卫星遥感的浮游植物分布,可以看出台风过后海洋的海色图发生了很大的变化。卫星遥感数据显示,海南岛右海岸生长着一种大型浮游植物。同时,卫星遥感也告诉我们,这一地区的气温有相应的下降。你可以看到紫色和蓝色表示温度下降。
台风过后,降低海面温度意义重大。
第一层意思是台风会带走海面上的热温带,有调节温度的作用;二是冷雨落下形成降温;更重要的是台风对海洋物理的影响,充分混合了海水上层水。南海上层海水比较热,底层略凉。混合后,上面海水的温度降低。同时,它还具有气泵的功能,将底层海水抽上来。
卫星遥感南海海水温度分布 卫星遥感南海海水温度分布
这个冷却力有多大?其实降温面积比海南岛大几倍,是台风对海洋的影响。
大多数台风在经过海面时都会带来一个降温过程。我们称之为冷轨道,这将导致海水非常强烈的冷却。降温就是台风把底部的水带带上来,这是巨大的风泵的作用,把海洋翻了个底朝天。
台风不仅会改变海洋环境,还会影响海洋生态系统。
除了利用卫星遥感研究,我们还将前往海洋进行采样研究,并将实地数据与卫星数据相结合。我还想强调,台风对海洋生态的影响在南海非常明显。为什么呢?
台风在南海的生态的影响 特别明显 台风对南海生态的影响尤为明显
因为我们南海是半封闭的海,与外界的交流不够。此外,南海温暖炎热,位于热带和亚热带地区。海面温度极高,海水相对较轻,因此其分层现象相当严重。地表水又热又轻。
这会影响海水的自我交换。海底存在的营养物质越多,向下走的营养物质越多,向下走的营养物质越多。从浮游植物本身的分布来看,它不仅反映在表层,也分布在次表层。
这是因为地下有更多的养分,它可以在那里接受阳光并进行光合作用。因此,台风在南海的影响是明显的。台风来了之后,更容易改变温度,把下层的高营养盐抽走。
考虑到这一点,我们继续进行下一步的研究。就像我刚才给大家举的例子一样,我们可以看到浮游植物从东向西绽放。当台风来临时,它的运行速度会变慢。在某个地方停留的时间不同,其影响也不同。
比如台风“莲花”从南向北移动时,在这个地方停留了几天,我们发现浮游植物的藻华特别繁盛美丽,呈现出一个很大的漩涡状,这是台风带来浮游植物繁殖的重要契机。
强热带风暴“莲花 ” 路径 强热带风暴“莲花”路径
台风“莲花”过后,我们可以看到它的水温变化。水温沿台风路径缓慢下降,蓝色部分表示水温下降。此外,还利用数字模型研究了台风过后海洋中是否会形成一些涡旋。使部分海洋冷水上涌,我们称之为上升流,或上层混合。
卫星遥感浮游植物叶绿素分布 卫星遥感浮游植物叶绿素分布
这个数据可以说明有一个从南到北的涡旋路径,我们也可以看到降温的过程。台风对浮游植物的影响可以通过卫星遥感数据、野外数据和参考模型数据得到很好的解释和证明。
卫星遥感南海水温变化连续图 卫星遥感南海水温变化连续图
模型南海海流变化连续图 南海海流变化连续图模型
就这样,我们提出了“气泵”的概念。台风就像一个巨大的风泵,可以把富含营养的水和冷水从深海海底抽到海面,促进了海洋的初级生产力。这种初级生产力是为鱼虾提供的食物,是食物链的最底层。
台风“风泵”作用 台风“风泵”的作用
海洋生物链 海洋生物链
有趣的是,我们出海考察发现,台风前后当地海洋渔业资源发生了很大变化。
渔民跟着台风的路径捕渔 渔民沿着台风的路径捕鱼
更有意思的是,当地的渔民没有接受过专业的教育,但是他们很聪明。根据几代人的经验,台风过后他们可以去钓鱼,所以收获更多。因此,这启示我们,学习知识可以更好地理解如何致富。
台风就像一个大水泵。当它着陆时,还会产生一些灾害,如强风和风暴潮,以及大浪冲击海岸造成的灾害。
2019.8 利奇马 强风、强降雨 2019.8利奇马有大风和强降雨
超级台风“榴莲”横扫菲律宾 超强台风“榴莲”席卷菲律宾
除了负面影响,它也给我们带来了更高的海洋初级生产力和一些积极影响。所以凡事都有利弊。
海洋生态系统 海洋生态系统
我们的工作利用卫星遥感平台和新技术来研究台风对海洋生态的影响。我们可以从微小的单细胞浮游植物中研究出巨大的台风,最终将大海的蓝色和天空的蓝色结合起来空。
同时,我在这份工作中取得了一些成绩,我特别感谢遥感和新技术。希望朋友们在工作中愿意接受一些新事物,合理利用新技术,更好地提高我们的工作和生活水平。
“格致论道”,原称“SELF格致论道”,是中国科学院全力推出的科学文化讲坛,由中国科学院计算机网络信息中心和中国科学院科学传播局联合主办,中国科普博览承办。致力于非凡思想的跨界传播,旨在以“格物致知”的精神探讨科技、教育、生活、未来的发展。获取更多信息,