UVP6-LP助力科学家研究地中海锋面生态效应

　　近期，英国南安普顿国家海洋学中心与法国索邦大学联合科研团队借助水下滑翔机搭载的UVP6-LP，对地中海利古里亚海的中尺度锋面实施了长期高分辨率观测，并分析了春季水华期浮游生物与颗粒物的时空分布数据，探究了锋面动态对浮游动物聚集及颗粒物分布的调控机制。
 

　　研究背景
 

　　位于西北地中海利古里亚海的中尺度锋面系统——利古里亚锋，作为典型的海洋生产力“热点区”，其对浮游生物分布的控制作用已受到学界广泛关注。尽管现有研究已初步揭示了中尺度海洋过程(如锋面系统和海洋涡旋)对浮游生物分布的调控机制，但在锋面时空特征的耦合效应方面，特别是生物量爆发性增长等现象的高分辨率解析仍存在研究空白。
 

　　春季水华作为温带海域的关键生态过程，其引发的浮游生物与颗粒物动态是解析海洋生物地球化学循环的核心环节。本研究以利古里亚锋面系统为研究对象，基于长期连续观测数据，拟实现三个科学目标：(1)构建春季水华期浮游生物群落与颗粒物的三维时空格局；(2)验证锋面辐聚效应是否形成浮游动物生物量特异性聚集区；(3)阐明锋面动力过程对颗粒物输运-沉降通量的调控机制。
 

　　研究过程
 

　　本研究借助水下滑翔机搭载的水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统UVP6-LP(法国，HYDROPTIC公司)，于2021年1-6月期间，共完成了超5000次下潜的拍摄任务。研究使用的UVP6-LP成像体积0.67L，像素73μm，可捕获≥600μm浮游生物及≥80μm的水下颗粒物，采样率为0.14-0.91 L/s(最高1.3 Hz)。其采集了110万张图像，图像经Morphocluster聚类分析、EcoTaxa分类，结合随机森林与CNN特征提取，部分类群经人工验证，最终保留了12824张有效浮游生物图像(共10个分类群)。
 

图1 四幅代表性断面图，展示了水柱的深度平均流情况。这些断面起始于Dyfamed附近，指向Nice方向
 

图2 法国HYDROPTIC公司水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统UVP6-LP
 

　　研究结果
 

　　研究揭示了西北地中海利古里亚锋春季水华期浮游生物与颗粒物的时空动态变化：
 

　　1. 环境与锋面动态：利古里亚锋在水华期呈现显著变化——2月锋面强，表层叶绿素富集水团沿等密度面下沉至300米；3月强风引发200米深度水体混合，叶绿素浓度降低；4月近岸层化启动，深层叶绿素最大值(DCM)初步形成；6月水体强层化，DCM稳定于50-100米，呈现夏季寡营养特征。
 

图3 在四条具有代表性的横断面中，水华期间环境条件的变化情况
 

　　2. 颗粒分布：锋面对颗粒调控显著，小颗粒(102-256 μm)集中于近岸(高荧光区)，大颗粒(>512 μm)富集于锋面区；时间上，2月大颗粒物随下沉水团输运，3月混合后减少，4月DCM区小颗粒物积累，6月深层出现大颗粒“雨”(生物碎屑沉降)。
 

图4 颗粒分布演变图
 

　　3. 浮游生物演替：群落随水华阶段更迭——2月尾海鞘(0-200米)主导；3月桡足类激增，海樽(0-100米)出现；4月尾海鞘二次峰值；6月根足虫(全水层)主导，其他类群减少，反映水华结束后海域向低生产力状态转变。
 

图5 四个选定类群的浮游生物分布演变
 

　　综上，锋面通过物理过程(混合、层化)调控环境与颗粒分布，浮游生物活动(如分泌、摄食)反作用于颗粒，形成“物理-生物-颗粒”耦合动态。
 

　　研究结论
 

　　本研究借助水下滑翔机搭载的UVP6-LP，实现了中尺度锋面区域环境-生物-颗粒的长期高分辨率同步观测，揭示了春季水华期间浮游生物群落演替与颗粒物分布的耦合关系，验证了锋面对颗粒物的显著限制作用。
 

　　UVP6-LP作为原位成像设备，为解析微尺度生态相互作用提供了关键技术支持。未来结合更高采样频率的设备(如UVP6-HF)与多平台观测的方法(如固定潜标、卫星遥感)，定能进一步提升浮游生物分布的解析精度，深化对海洋中尺度过程生态效应的理解。
 

　　文章信息
 

　　1.Panaïotis T, Poteau A, Riquier É D, et al. Temporal evolution of plankton and particles distribution across a mesoscale front during the spring bloom[J]. Limnology and Oceanography, 2024.