三十载西南大西洋珊瑚白化：基于热积累周指数的历史评估与意义探寻

《Coral Reefs》：Thirty years of coral bleaching in the Southwestern Atlantic Ocean: a historical assessment based on degree heating week indices

为探究西南大西洋珊瑚白化与海表温度异常的关系，研究人员开展了对过去 30 年珊瑚白化报告与海表温度异常（SST）的研究。结果显示仅 15% 的白化事件发生在高 DHW 时期，80% 发生于 2010 年后。这有助于理解珊瑚白化规律，为珊瑚保护提供依据。

　　在神秘的海洋世界里，珊瑚礁就像海底的绚丽花园，不仅为众多海洋生物提供了栖息之所，还对维护海洋生态平衡起着至关重要的作用。然而，近年来，全球气候变暖的阴影逐渐笼罩着这片美丽的海底世界，珊瑚礁面临着前所未有的危机 —— 珊瑚白化现象日益严重。

珊瑚白化，是指由于海水温度上升等原因，珊瑚把共生的虫黄藻排出体外，导致珊瑚组织失去色彩而变白的现象（Douglas 2003; Boilard 等 2020）。海表温度（SST）异常升高是引发珊瑚白化的重要因素之一，基于 SST 开发的热积累周（DHW）指数常被用于评估和预测珊瑚白化事件（Liu 等 2006）。但在西南大西洋，珊瑚群落有着独特的特征，热应激对其白化事件的影响一直是个未解之谜。此前研究发现，西南大西洋珊瑚对热应激的反应似乎与其他海域不同，一些历史记录显示，即使在高 DHW 条件下，珊瑚也未出现大规模死亡（Banha 等 2020），且其他环境因素如水体浊度、风应力和太阳辐照等也被认为是某些地区珊瑚白化的主要原因（Soares 等 2019b; Lucas 等 2023）。因此，深入了解西南大西洋珊瑚白化与 SST 异常之间的关系，对保护这些珍贵的珊瑚礁资源至关重要。

为了揭开这个谜团，来自日本东京理科大学（Institute of Science Tokyo，原东京工业大学）跨学科科学与工程系、巴西国家空间研究所地球观测与地理信息学部门的研究人员 Gabriel Lucas Xavier da Silva、Milton Kampel 和 Takashi Nakamura 开展了一项研究，相关成果发表在《Coral Reefs》上。

研究人员为了探究西南大西洋珊瑚白化与海表温度异常之间的关系，采用了以下主要技术方法：

1. 数据收集与整理：通过在科学平台、全球珊瑚白化数据库以及以往文献汇编中进行广泛的文献检索，收集了 1992 - 2022 年期间西南大西洋珊瑚白化报告。对这些报告进行仔细审查，避免重复记录，按照 ReefBase 珊瑚礁监测协议评估白化事件的严重程度，并对部分信息进行调整，最终构建了珊瑚白化报告数据库（Supplementary Data S1）。
2. 温度数据处理与分析：从 NOAA 珊瑚礁观察每日全球 5km 海表温度数据集（CoralTemp）获取海表温度数据，针对每个报告的白化地点提取 SST 时间序列。基于这些数据计算多种热应激指数，包括最大月平均温度（MMM）、白化阈值（BT）、热点（HS）和热积累周（DHW）等，同时还对标准 DHW 计算进行了三种修改（DHW_σ1、DHW_σ2、DHW_max），用于预测珊瑚白化事件。
3. 对比与评估：将不同方法预测的白化事件与实际报告的白化事件进行对比，通过匹配 DHW 峰值与白化报告日期，选择受积累热应激条件直接影响的事件（真阳性预测）。利用召回率（Recall）、精确率（Precision）、特异性（Specificity）、F 分数（F - score）和总体预测成功率（OPS）等指标评估预测性能，并通过 Kendall’s Tau 检验验证真阳性预测数据与 DHW 强度之间的相关性。

研究结果

1. 珊瑚白化事件分布：研究区域共确定了 173 起珊瑚白化事件，其中轻度白化 109 起，中度白化 36 起，重度白化 28 起。白化记录的直方图呈双峰分布，集中在 2000 - 2010 年。近年来，重度白化报告明显增多。东部（EST）和东北部（NST）生态区域的白化报告数量最多，占总报告的 45%，且重度白化报告的 92% 都集中在这两个区域。
2. DHW 指数预测与实际事件对比：不同 DHW 指数预测的白化事件与实际报告事件存在明显差异。多数 DHW 指数高估了白化事件数量，标准 DHW 指数高估最为明显，而 DHW_max则低估了白化事件。匹配结果显示，只有不到 30 起事件在 DHW 峰值后 3 个月内或期间被报告，即仅 15% 的评估白化事件发生在高 DHW 值期间。
3. 预测性能评估：标准 DHW 指数召回率最高（49%），但 OPS 最低（15.6%），表明其预测实际发生白化事件的能力较强，但高估现象严重。DHW_max召回率最低（20.6%），OPS 最高（36.5%）。综合来看，将当地 SST 变异性纳入 DHW 计算并未显著提高西南大西洋珊瑚白化的预测性能。
4. 时空分布特征：从空间上看，EST、NST 和费尔南多?迪诺罗尼亚（Fernando de Noronha）礁区的 DHW 预测高估最为严重，而对于真阳性预测，DHW 和 DHW_σ1指数的核密度分布与实际报告事件相似，且集中在东南部、东部和东北部生态区域。从时间上看，Kendall’s Tau 检验表明，近年来与较高热应激水平相关的白化报告更为频繁，80% 的 DHW 指数真阳性预测发生在 2010 年之后，同时 DHW 峰值强度增强，过去 12 年平均增加 3.0°C / 周。

研究结论与讨论

这项研究全面评估了西南大西洋历史珊瑚白化报告与多种 DHW 指数之间的关系。研究发现，只有 15% 的事件在高 DHW 期间被报告，而其中 80% 发生在 2010 年之后。这可能是由于温度诱导的白化事件增加，以及近年来监测工作的加强。西南大西洋的珊瑚可能正在经历一种转变，热诱导的白化事件比以往更为普遍。

东部和东北部礁区是白化报告的主要区域，这可能与报告偏差有关，因为这些地区是西南大西洋监测最多的礁区；也可能是因为这两个区域实际热应激事件发生频率更高。尽管将其他热应激指标纳入 DHW 预测并未改善预测效果，但随着 SST 持续上升，DHW_σ1、DHW_σ2和 DHW_max指数的保守特性在未来可能仍有用处，进一步优化这些指数有望提高预测性能。

研究还指出，目前珊瑚白化报告的质量存在问题，缺乏标准化，这可能导致评估过程中的误解和歧义。未来需要持续的资金支持、更多的监测项目以及改进的合作数据库来克服这些限制。总之，该研究为理解西南大西洋珊瑚白化现象提供了重要依据，有助于制定更有效的珊瑚保护策略，应对日益严峻的海洋变暖挑战。