南科大教授研究成果登上Nature封面！首次實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)觀測(cè)全球海岸帶藻華變化
《Nature》雜志封面
在3月9日的《Nature》雜志封面上，一幅衛(wèi)星顯示的海岸帶藻華圖片映入讀者眼簾，底端寫著大大的“渾濁的海水”。登上本期封面文章的是南方科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院副教授馮煉團(tuán)隊(duì)最新研究成果。該研究通過構(gòu)建海洋浮游植物藻華遙感自動(dòng)識(shí)別算法，追溯了近20年全球海岸帶藻華的時(shí)空動(dòng)態(tài)過程，揭示了藻華發(fā)生頻率與海表溫度、海洋中尺度環(huán)流以及農(nóng)業(yè)化肥施用、水產(chǎn)養(yǎng)殖等人類活動(dòng)之間的潛在關(guān)系。
“在水中，當(dāng)大量藻類細(xì)胞聚集在一起時(shí)會(huì)形成藻華。浮游植物藻華暴發(fā)會(huì)導(dǎo)致海水水質(zhì)惡化、水體缺氧、魚類死亡，危害海洋生態(tài)系統(tǒng)，影響人類健康。目前，海洋赤潮已經(jīng)成為危害海洋生態(tài)系統(tǒng)最嚴(yán)重的問題之一?！瘪T煉對(duì)記者說。其團(tuán)隊(duì)便是通過衛(wèi)星遙感長(zhǎng)時(shí)序、周期性、大范圍等觀測(cè)優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)目前對(duì)全球海岸帶藻華變化趨勢(shì)的認(rèn)知缺陷。
南方科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院副教授馮煉團(tuán)隊(duì)
據(jù)了解，馮煉團(tuán)隊(duì)在研究中構(gòu)建了基于葉綠素?zé)晒馀cCIE顏色空間的藻華遙感自動(dòng)分類算法，并利用2003-2020年間76萬(wàn)景日尺度衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)全球海岸帶藻華的一致性動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。結(jié)果顯示，海岸帶藻華頻繁暴發(fā)于海洋東邊界流區(qū)域、美國(guó)東北部沿海、拉丁美洲沿海、波羅的海、黑海北部以及阿拉伯海等區(qū)域；在2003到2020年間，海岸帶藻華全球影響面積與發(fā)生頻率分別增加了13.2%與59.2%，藻華影響海域總面積達(dá)3147萬(wàn)km2 ，其中歐洲與北美洲占比最大；近幾年粵港澳大灣區(qū)海岸帶藻華影響面積以每年2.3%的范圍在不斷增加，保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境迫在眉睫。
據(jù)介紹，該研究還揭示了藻華的形成因素：海洋溫度和環(huán)流的變化會(huì)改變海洋分層狀態(tài)與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的運(yùn)輸，進(jìn)而影響浮游植物的生長(zhǎng)和藻華的形成。全球極端氣候、人類活動(dòng)導(dǎo)致的營(yíng)養(yǎng)鹽變化也會(huì)對(duì)沿海藻華有一定 影 響。
世界范圍內(nèi)，應(yīng)用衛(wèi)星遙感技術(shù)來觀測(cè)浮游植物藻華變化的技術(shù)已經(jīng)存在了幾十年，但通過算法自動(dòng)識(shí)別藻華變化在此前尚未實(shí)現(xiàn)。
“人們一直對(duì)衛(wèi)星遙感的藻類近紅外反射進(jìn)行分析，再通過人工駕駛船舶，尋找目標(biāo)水源，靠近它進(jìn)行手動(dòng)拍攝?！瘪T煉對(duì)記者說。為高效準(zhǔn)確弄清赤潮次數(shù)，馮煉團(tuán)隊(duì)搜集到了2003年到2020年全球所有利用遙感技術(shù)拍攝的赤潮照片，共76萬(wàn)張，通過全自動(dòng)算法，解譯每一張照片，最終生成全球性的調(diào)查結(jié)果?！拔覀儓F(tuán)隊(duì)的最大貢獻(xiàn)在于，實(shí)現(xiàn)了全球海岸帶藻華的一致性動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)?！?/p>
“得出這個(gè)研究成果多少是帶點(diǎn)運(yùn)氣的。”馮煉笑著說，“每片水域結(jié)構(gòu)和其中浮游植物繁殖速度的不同，決定了海水顏色的不同。有一天我在散步時(shí)突然想到，為什么不能直接通過觀察水的顏色來設(shè)計(jì)觀測(cè)算法，從而提高觀測(cè)效率。因此，我們構(gòu)建出了基于葉綠素?zé)晒馀cCIE顏色空間的藻華遙感自動(dòng)分類算法?！睋?jù)了解，未來，馮煉團(tuán)隊(duì)將在優(yōu)化觀測(cè)距離下功夫，從500米縮短至300米，甚至10米，讓藻華的變化更清晰。
搞科研，最需要耐得住寂寞，在攻克關(guān)鍵問題和核心技術(shù)上要下苦功。這一點(diǎn)，馮煉深有體會(huì)?！叭魏问虑榈某晒Χ疾皇且货矶偷?，每一個(gè)環(huán)節(jié)都需要時(shí)間沉淀。深圳是改革開放排頭兵，政府對(duì)科研項(xiàng)目支持力度大，身處這樣的環(huán)境里，我們是幸運(yùn)的。”馮煉表示。
除了政策支持，南科大寬松的成長(zhǎng)環(huán)境也給了馮煉及其團(tuán)隊(duì)很大鼓勵(lì)?！皩W(xué)校提供啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)支持、學(xué)院鼓勵(lì)交叉融合的氛圍讓年輕人做自己想做的研究，也讓我的科研事業(yè)在南科大快速發(fā)展起來。”
“源頭創(chuàng)新是未來科研的主要方向，我也將與團(tuán)隊(duì)一起，在源頭上下功夫，為粵港澳大灣區(qū)發(fā)展做出貢獻(xiàn)?！?/p>
（圖片由受訪者提供）
（來源：深圳特區(qū)報(bào) 首席記者 焦子宇)
