南科大教授研究成果登上Nature封面！首次实现全自动观测全球海岸带藻华变化

《Nature》杂志封面

在3月9日的《Nature》杂志封面上，一幅卫星显示的海岸带藻华图片映入读者眼帘，底端写着大大的“浑浊的海水”。登上本期封面文章的是南方科技大学环境科学与工程学院副教授冯炼团队最新研究成果。

该研究通过构建海洋浮游植物藻华遥感自动识别算法，追溯了近20年全球海岸带藻华的时空动态过程，揭示了藻华发生频率与海表温度、海洋中尺度环流以及农业化肥施用、水产养殖等人类活动之间的潜在关系。

“在水中，当大量藻类细胞聚集在一起时会形成藻华。浮游植物藻华暴发会导致海水水质恶化、水体缺氧、鱼类死亡，危害海洋生态系统，影响人类健康。目前，海洋赤潮已经成为危害海洋生态系统最严重的问题之一。”冯炼对记者说。其团队便是通过卫星遥感长时序、周期性、大范围等观测优势，弥补目前对全球海岸带藻华变化趋势的认知缺陷。

南方科技大学环境科学与工程学院副教授冯炼团队

据了解，冯炼团队在研究中构建了基于叶绿素荧光与CIE颜色空间的藻华遥感自动分类算法，并利用2003-2020年间76万景日尺度卫星遥感数据，实现全球海岸带藻华的一致性动态监测。结果显示，海岸带藻华频繁暴发于海洋东边界流区域、美国东北部沿海、拉丁美洲沿海、波罗的海、黑海北部以及阿拉伯海等区域；在2003到2020年间，海岸带藻华全球影响面积与发生频率分别增加了13.2%与59.2%，藻华影响海域总面积达3147万km² ，其中欧洲与北美洲占比最大；近几年粤港澳大湾区海岸带藻华影响面积以每年2.3%的范围在不断增加，保护海洋生态环境迫在眉睫。

据介绍，该研究还揭示了藻华的形成因素：海洋温度和环流的变化会改变海洋分层状态与营养物质的运输，进而影响浮游植物的生长和藻华的形成。全球极端气候、人类活动导致的营养盐变化也会对沿海藻华有一定影响。

世界范围内，应用卫星遥感技术来观测浮游植物藻华变化的技术已经存在了几十年，但通过算法自动识别藻华变化在此前尚未实现。

“人们一直对卫星遥感的藻类近红外反射进行分析，再通过人工驾驶船舶，寻找目标水源，靠近它进行手动拍摄。”冯炼对记者说。为高效准确弄清赤潮次数，冯炼团队搜集到了2003年到2020年全球所有利用遥感技术拍摄的赤潮照片，共76万张，通过全自动算法，解译每一张照片，最终生成全球性的调查结果。“我们团队的最大贡献在于，实现了全球海岸带藻华的一致性动态监测。”

“得出这个研究成果多少是带点运气的。”冯炼笑着说，“每片水域结构和其中浮游植物繁殖速度的不同，决定了海水颜色的不同。有一天我在散步时突然想到，为什么不能直接通过观察水的颜色来设计观测算法，从而提高观测效率。因此，我们构建出了基于叶绿素荧光与CIE颜色空间的藻华遥感自动分类算法。”据了解，未来，冯炼团队将在优化观测距离下功夫，从500米缩短至300米，甚至10米，让藻华的变化更清晰。

搞科研，最需要耐得住寂寞，在攻克关键问题和核心技术上要下苦功。这一点，冯炼深有体会。“任何事情的成功都不是一蹴而就的，每一个环节都需要时间沉淀。深圳是改革开放排头兵，政府对科研项目支持力度大，身处这样的环境里，我们是幸运的。”冯炼表示。

除了政策支持，南科大宽松的成长环境也给了冯炼及其团队很大鼓励。“学校提供启动经费支持、学院鼓励交叉融合的氛围让年轻人做自己想做的研究，也让我的科研事业在南科大快速发展起来。”

“源头创新是未来科研的主要方向，我也将与团队一起，在源头上下功夫，为粤港澳大湾区发展做出贡献。”