
冰洋海冰和海水变异对海洋.pdf
8页第卷第期年月极地研究八,匕冰洋海冰和海水 变异对海洋生态系统 的潜在影 响王桂忠何剑锋,蔡明红李少著,戴聪杰‘,厦门大学海洋系,亚热带海洋研究所,近海海洋环境科学国家重点实验室,厦门国家海洋局极地科学重点实验室,中国极地研究中心,上海提要最近年来,北冰洋海冰和海水发生了急剧变化 海冰覆盖面积减少、冰层变薄、水温升高、淡水输人增加、污染加剧,正威胁着现有与海冰关系密切 的生态系统预期随着变化的持续,与海冰相关的食物链将在部分海域消失并被较低纬度的海洋物种所取代、总初级生产力有望增加并为人类带来更多的渔获量、而北极熊和海象等以海冰作为栖息和捕食场所的大型哺乳动物的生存前景堪忧今后人类将更为重视对北冰洋生态环境变化规律的认识并加以运用、关注北冰洋特有物种的命运并加以力所能及的保护、评估北冰洋生态系统的变化对人类社会经济的影响以期及早采取应对措施数据积累是目前制约北极研究的最大障碍,但随着等大型国际研究计划的实施,对北冰洋生态系统的监测和研究将更为系统和全面关键词海冰海水北冰洋生态系统引言作为全球五大洋中面积最小的一个大洋,北冰洋被亚欧和北美大陆所包围,包括北冰洋中心区以及巴伦支海、喀拉海、拉普捷夫海、东西伯利亚海、楚科奇海、波弗特海、哈得森湾、巴芬湾和格陵兰海等近海海域,总面积约万平方公里,陆架海域约占。
海洋生态系统是指海洋生物群落与非生物环境通过 能量 流动和物质循环所形成的自然整体,海冰是北冰洋生态系统中一个最为显著的环境特征北冰洋夏季常年海冰盖 的面积约为万平方公里,占海域总面积的近,冬季除少量冰间湖外完全被海冰覆盖这一特殊环境孕育了一个与海冰关系密切的生态系统海冰支持了一收稿日期」年月收到来稿,年月收到修改稿〔基金项目」国家 自然科学基金、科技部基础数据项目和国家海洋局青年海洋科学基金项目资助〔 作者简介〕工桂忠,男,年生年毕业于厦门大学海洋学系,获海洋浮游动物学方向理学硕士学位现为厦门大学海洋系教授、博士生导师,研究方向为海洋浮游生物学和海洋生态学极地研究第卷个极富生产力的海冰生物群落以,冰缘水华维持了数量庞大的迁徙鸟类和哺乳动物 海冰为北极熊、海豹、海象、北极鳍以及众多鸟类提供栖息和繁殖场所,同时也是驯鹿和察牛的重要迁徙途径近期大量 的现场观察显示,包括海冰在内的北极环境正经历着显著的变化以这些变化将对北冰洋海洋生态系统产生深远影响,海冰和海水环境急剧变化海冰储量迅速下 降卫星资料显示,从上世纪年代开始北极海冰覆盖 面积以每年约的速率在减少,,,其中永久性海冰盖 的面积从一年的年间减少 了约,。
模式显示海冰厚度和范围将进一步减少,并得到了最新观测资料 的证实,有全球气候模式研究显示,按照 目前海冰的减薄速度,北冰洋最早将在年前后 出现夏季基本无冰的状态,而海冰覆盖面积的减少,将严重 影响该海域的水文状况 和降水量一年间北极 漂 流冰站资料显示,北冰洋海冰的年 平 均减 薄率约 为·一·,而美国冰下核潜艇 的调查表 明,上世纪年代中期融冰末期北冰洋深水海域的水下冰层厚度平均为,,比一年的减少约,据此推算北冰洋的海冰储量期间减少了约’淡水输入增加和北冰洋水 文状况改变北极地区的降水量 逐年增加,导致欧亚大河 流对北冰洋的年平均淡水输运 量在一年间增加了,,格陵兰冰盖储量以每年,的速率减少,长期以来,罗蒙诺索夫海脊是北冰洋来源于大西洋和太平洋中层水的分界线但最近研究显示,由于北冰洋海盆中来自大西洋水量的增加,东、西盐跃层的分界线已从与罗蒙诺索夫海脊大致平行被推移到了门捷列夫海脊附近,大西洋水的温度在升高,最高升温达℃,导致冷盐跃层变薄,马卡洛夫海盆上表层盐度增加,年东北冰洋的冷盐跃层消失,导致该海域在冬季存在显著的热通量,海冰厚度比正常年份减少 了一,而楚利一奇海台的中、深层水均发现 了增暖现象赵进平等,。
调查同时显示,波弗特海表层盐度下降、融冰量增加,作为北冰洋营养盐重要来源的北太平洋入流水水量在减少,其他海洋环境变化在过 去的年 中,北 极上 空臭氧层损 耗达一,第期王桂忠等北冰洋海冰和海水变异对海洋生态系统的潜在影响同时,大气中温室气体浓度的增加以及低层大气的增温将会阻碍热量 向高层大气的传输,而北极上空较低的平流层 温度会加速臭氧的损耗和延缓恢复,放射性物质、重金属、农药和其他各种污染物由径流携带进人北冰洋,附着在颗粒物上 的污染物通常会在三角洲或海湾内沉积,但溶解污染物可能会通过 北极 贯穿流而影 响整个北冰洋对从海洋甲壳类到大型哺乳动物如海豹和鲸的大量研究均显示,北极生物体 内存在明显的污染物生物学富集现象并在食物链 中传递,对生态系统的潜在影响初级生物 力有望增加海冰覆盖面积减少、水温升高会导致进人水柱的光照增强以及浮游植物生长速率的提高对格陵兰岛以西湾生物群落的模式研究显示,海冰消失将使该湾的初级生产力增加一半以上以,另外调查显示,在一年的约年间,融冰时间以每年天 的速率增加,而融冰时 间延长,会导致生长季节延长尽管海冰覆盖面积在逐年减少,但由于多年冰的减少率要高于当年冰,而这部分海域将被当年冰的覆盖所取代,这意味着在一定的时期内当年冰的面积在增加 同时,由于春、夏、秋季的表面气温在上升,但冬季 的气温则呈下降的趋势,,期 间海冰覆盖面积并没有明显的减少,导致春、夏季海冰退缩过程中冰缘面积增加,融冰期间的温盐跃层向北延伸,同样会导致海冰和冰缘初级生产力的增加。
部分环境变化,如臭氧洞的扩大和紫外辐射的增加,会对初级生产存在一些负面影响但对南大洋的数字模拟显示,尽管紫外辐射会明显减少海水表层的浮游植物产量,由于紫外线在水柱和海冰中衰减迅速,对整个真光层 的累计初级生产力 的影 响微乎其微·,就总体而言,北冰洋的环境变化很可能促进其初级生产力的增加,从而提高整个北冰洋的生物总量群落结构将显著改变淡水径流增加,将更多的淡水种类带人北冰洋而表层海冰的融化约有的淡水被滞留在冰表融池、冰内和冰下融池导致海冰硅藻丰度下降、种类减少,淡水绿藻在海冰内部和冰一水界面 的优势性增加,而原本常见的线虫、挠足类和端足类,逐渐在整个冰芯柱中消失亩随着海冰覆盖面积的逐年减少,海冰消失海域的原有海冰生物群落将消失,从而影响食物链结构海洋水团的变化和北大西洋人流水的增加,会影响大西洋种类所占的比重和分布特性同时 随着水温的升高,亚极区种类的分布将逐渐向北扩展极地研究第卷紫外辐射对不同的浮游生物种类的影响有很大的差异特别是对纤毛虫和轮虫,不同的种类,紫外辐射对其生长 的影响可能完全相反,,因而紫外辐射的增加会影响整个微、小型浮游生物群落结构,进而影响整个食物链结构部分大型海洋哺乳动物 的生存面临挑战尽管随着海洋环境的变化和浮冰的进一步消融,北冰洋的初级生产力有望增加,但目前北极 的部分大型海洋哺乳动物,如北极熊、环海豹和海象等,均适应 了以北极浮冰为栖息、捕食或繁殖平台的生活 习性。
海冰的消退,无疑会影响这些北极海洋哺乳动物的生存,北极环海豹以海冰作为栖息和繁殖的场所,同时也是 北极 熊的重要食物来源研究显示,无冰期的延 长造成北极 熊 的食物匾乏,导致北极 熊体重 和出生率的下降,这将危及种群生存,同时,春季海冰覆盖海域从大陆架海域迅速退缩到北冰洋深水区,这对于以海冰作为平台主要捕食陆架浅水海域贝类的海象,将是极具破坏性的,北冰洋环境污染的加剧将损害哺乳动物的繁殖、发育和免疫功能,而沿岸海冰的减少加剧了污染物的扩散和进人食物链的速度关注焦点的科学问题生态环境 的变化规律目前尚不确定过去几十年里北极海冰覆盖面积变化的主 因是气候变化的自然波动,还是全球变暖研究显 示,北极环境的诸多变化均与存在十年际变化的北大西洋涛动和北极涛动相关,,研究指出,北冰洋环流存在气旋和反气旋两种形式,每隔一年进行变换而气旋与较高的气温、较暖和低盐的上层海洋以及较薄和低密度的海冰相关但也有研究表明,北极地区海冰覆盖面积的减少与人类活动造成的全球变暖有关以·,近年来,北冰洋春、夏、秋三季表面气温上升和冬季气温下降,以及北冰洋大部分海域气温上升和靠近加拿大、格陵兰海域气温下降,,这一现象的变化机制及其对海冰分布和区域生态系统的影响,值得关注。
同时对部分环境参数的变化特性有待澄清,如对海冰厚度变化的认识,目前仍有较大分歧有研究认为北冰洋海冰厚度基本保持稳定,而美国冰下核潜艇的调查资料是较为极端的例子,因为年代中期是异常夏季海冰大规模退缩的时期,在和年均出现了极小值,另有研究显示,海冰厚度存在显著的年际变化,除受夏季融冰程度影响外,海冰的重新分布对海冰厚度调查结果可能存在重要影响,北冰洋生态系统对环境变异的响应机理部分北冰洋特有物种将会在某些海域消失并被较低纬度物种所取代大型哺乳动物第期王桂忠等北冰洋海冰和海水变异对海洋生态系统的潜在影响受食物、栖息地等影响,生存面临威胁但实际上这是一个非常复杂的变化和影响过程我们目前所要重点解决的问题,就是通过长期的监测与研究,了解海冰和海水等环境变异对当地海洋生态 系统的影响机理,只有这样才能对环境迅速变化对生态 系统的潜在影 响有一个客观的认识和较为可靠的结论要解决这一 问题,最有效的手段是建立长期监测站点并对北冰洋的生态系统开展长期监测北极环海豹、北极熊和海象等大型哺乳动物,与北极浮冰关系密切,随着海冰的迅速消退,它们的生存前景不容乐观能否对它们的生存前景进行较 为准确的评估并采取力所能及的措施加以保护,是我们必须面临的课题。
北 冰洋生态系统的潜在变化对渔获量的潜在影响北冰洋生态系统对人类社会经济的影响主要体现在对渔场分布和渔获量的影响目前巴伦支海域是北冰洋地区传统的重要渔场,太平洋一侧主要在位于亚北极海域 的白令海,并不在北冰洋区域但北冰洋潜在 的生态系统变化,会如何影响传统渔场的地域分布初级生产力增加,意味着北冰洋生物总量 的潜在增长 水温 的升高,也导致鱼类生长速率的提高有科学家预测,由海洋循环所造成的海洋生态 系统的巨大变化会影响传统渔区,北冰洋有可能成为具有国际竞争力的巨大新渔场事实上,太平洋鲜鱼种类已出现在东北极的河流,并在巴罗附近海域捕获了大量的蛙鱼同样的情况也出现北冰洋另一侧的巴伦支海和白海随着冰缘的退缩鱼群也出现了北移的现象而上游生物如海豹等数量 的减少也使人类可能拥有更多渔获量但传统渔区白令海近年来 由于气候、水文和海冰等环境要素的变化,水母生物量逐年增加,商业性渔获量下降、海洋哺乳动物种群数量下降和大量鸟类死亡白令海是我 国主要 的远洋渔区,在渔获量逐年下降的情况下,北冰洋可能出现 的新鱼场值得关注展望对北冰洋生态 系统潜在变化的准确判断有赖于长期监测和大量相关数据的积累出于对渔业资源 的考虑,对 白令海和巴伦支海生态系统曾有相对系统的调查,但北冰洋海域除巴伦支海以外 的其他海域的研究仍较为零散,并且目前 尚无长期监测站点,严重影响了对北冰洋生态系统的季节和年际变化规律的认识。
同时,对北冰洋中心区生态 系统知之更少,影响了我们对潜在结果判断的准确性针对北极环境复杂而迅速变化的现实,美国于年月提出北极环境变化研究科学计划,通过逐步的充实和更多国家的参与,该计划已逐步成为目前最新的国际北极研究计划挪威提出了以挪威特罗姆索和斯瓦尔巴群岛的朗依尔城为节点建立北极海洋生态 系统研究网络,用以监测和研究气候及人类活动对北极海洋生态系统的影响,研究重点集中在低营养级生物群落极地研究第卷在通过多年国际合作的基础上,我 国于年和年夏季开展了两次北极科学考察,将海冰和上层海洋的生物群落结构作为重要的考察内容之一同时,我国首个北极科学考察站在挪威斯瓦尔巴群岛新奥尔松地区建立,为我们提供了新的稳定 的监测平 台我国北极研究力量 的加强以及 与美 国等国国际合作的稳步开展,有望为全球变化影 响下的北 冰洋生态学监测与研究以及计划做出贡献参考文献赵进平,高郭平,焦玉田年楚科奇海台及其周边海。
