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中国海洋大学在海洋生态系统对全球变暖的响应研究中取得新进展
2021-08-06 13:59
中国海洋大学
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  日前,中国海洋大学水产学院田永军教授团队在生物、生态、环境科学领域顶尖期刊《Global Change Biology》上发表题为“Critical transitions and ecological resilience of large marine ecosystems in the Northwestern Pacific in response to global warming”(西北太平洋大海洋生态系的临界转换及生态弹性对全球变暖的响应)的研究论文。文章系统探究了西北太平洋大海洋生态系在全球变暖影响下的临界转换现象,并首次从生态弹性视角阐明了大海洋生态系对气候变化的非线性响应模式,对理解气候变化引起的海洋生态系统变化具有重要意义。

  以全球变暖为主要特征的气候变化可以引起海洋生态系统的结构及功能骤变,进而产生临界转换(critical transition)现象,对人类生活、发展产生重要影响。在遭受环境胁迫的同时,生态系统能够吸收胁迫压力从而维持结构及功能稳定,此谓之生态弹性(ecological resilience)。西北太平洋具有极高的生物多样性及渔业生产力,且受到全球变暖影响显著。为此,全球变暖引起的生态变化是该区域气候、海洋及渔业科学等研究领域的核心、热点问题。大海洋生态系(Large Marine Ecosystem)作为基于生态系统管理策略的主要载体,是相关研究的重点关注对象。西北太平洋包含七个大海洋生态系,分别为鄂霍茨克海、亲潮、日本海、黑潮、黄海、东海及南海大海洋生态系。就渔业而言,该区域捕捞年产量约占全球的四分之一,为沿岸稠密人口贡献了重要的经济、社会及生态价值。研究团队聚焦上述七个大海洋生态系,构建综合弹性评估(Integrated Resilience Assessment)分析框架,判定临界转换现象的发生并探究生态弹性动态。结果显示海水升温驱动之下,大海洋生态系的变化模式存在折叠分岔(fold bifurcation)及迟滞(hysteresis)现象,并且在其状态接近临界点(tipping point)时生态弹性大幅下降。临界转换现象发生后,大海洋生态系结构重组,生态弹性进而恢复。同时,海洋剧烈升温及在温度临界点的波动均会导致临界转换现象的发生。本研究探究了西北太平洋大海洋生态系临界转换现象的发生及其异同,并从弹性角度阐明了对全球变暖的非线性响应模式,为理解气候变化对生态系统的影响提出了全新视角。

褶皱稳定景观(Folded stability landscape,a)及临界转换示意图(b)

以东海大海洋生态系为例展示分析结果,图中1为研究区域,2为大海洋生态系动态,3为临界转换的发生时间,4为折叠分岔,5为生态弹性,6为褶皱稳定景观

  中国海洋大学水产学院渔业海洋学实验室博士后马舒扬为文章的第一作者,田永军教授及刘阳教授为文章的共同通讯作者。渔业海洋学实验室自2015年成立以来,致力于构建气候、海洋、渔业、生物等多科学交叉研究平台,团队汇集气候变化、海洋动力、渔业遥感、渔业资源等多学科背景人才,研究成果受到了国内外同行的广泛认可。本研究工作获得了国家自然科学基金重点项目等项目资助。

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