本文属于类型a，是一篇关于南黄海绿潮年际变化驱动因素与管理策略的原创研究报告。以下是对该研究的学术报告。
本研究由中国科学院海洋研究所海洋生态与环境科学重点实验室的李逸凡（Yi-Fan Li）作为第一作者，于仁成（Ren-Cheng Yu）研究员作为通讯作者领衔完成。研究团队还包括耿慧霞（Hui-Xia Geng）、洪欣（Xin Hong）、孔凡洲（Fan-Zhou Kong）等学者，研究单位包含中国科学院海洋研究所、青岛海洋科学与技术试点国家实验室及中国科学院大学。该研究成果于2025年4月21日在线发表于国际学术期刊 Marine Pollution Bulletin 第216卷上。
在海洋生态学领域，由大型藻类过度增殖引发的“绿潮”（green tides）已成为全球性海洋环境问题，被视作一种典型的“有害藻华”（harmful algal blooms, HABs）。绿潮虽然不像微藻那样产生急性毒素，但其持续数周至数月的大规模暴发会导致海草床退化、海洋动物死亡、底栖生物群落改变、生物地球化学过程紊乱以及滨海景观破坏。其根本原因通常与沿海水体富营养化密切相关，而全球气候变化带来的水温升高、热浪、二氧化碳增加及洋流改变则可能成为加剧绿潮暴发的潜在触发因子。
自2007年以来，由中国黄海“漂浮”生态型浒苔（*Ulva prolifera*）引发的世界最大规模绿潮每年在南黄海（Southern Yellow Sea, SYS）周期性暴发。大量研究已证实，位于江苏沿岸的苏北浅滩（Subei Shoal）紫菜养殖筏架是漂浮绿藻的主要来源地。尽管基于这一认识，政府部门在苏北浅滩投入巨资实施了源头控制（source control）措施，例如打捞漂浮藻体和喷洒次氯酸钠溶液清除附生绿藻，但绿潮问题并未得到根治。相反，以漂浮绿藻覆盖面积（coverage area）为指标的绿潮规模表现出强烈的年际波动，例如2021年和2023年的受影响海域面积是2020年和2022年的3.4倍。这一现象表明，绿潮的形成与发展是一个受多因素调控的复杂过程，单纯依靠源头控制不足以完全解释和应对其规模变化。然而，以往研究多基于单一绿潮事件或实验室模拟，缺乏对多年绿潮动态的系统性比较，限制了对调控绿潮规模关键因子的理解。
为填补这一科学空白，本研究旨在利用2017年至2023年连续的遥感数据，系统分析南黄海绿潮的年际变化动态，将绿潮发展过程划分为不同阶段，以期找到影响绿潮最终规模的最紧要阶段和关键环境驱动因子，从而为政府机构的科学决策和绿潮减灾管理提供支持。
本研究的技术路线大致可分为四个核心步骤：多源遥感数据获取与处理、绿潮及养殖筏架信息提取、环境变量数据收集、以及统计与相关性分析。
1. 研究区域与环境背景设定 研究区为南黄海（SYS），这是一片位于中国大陆和朝鲜半岛之间、平均水深约46米的半封闭海域。其西部沿岸广布着由沙脊和潮流通道交错组成的苏北浅滩，是我国重要的条斑紫菜（Nori/Neopyropia）养殖基地。该海域的水文特征受季风影响显著，夏季受东南季风驱动，表层水体北移，冬季则受西北季风控制，表层水体南下。
2. 基于遥感数据的绿潮动态监测 本研究主要使用Sentinel-2卫星的遥感影像，通过谷歌地球引擎（Google Earth Engine, GEE）平台和ArcGIS软件进行处理。数据空间分辨率达10-60米，重访周期约5天。首先，将南黄海地区每5天的遥感影像进行镶嵌，并利用掩膜（mask）技术去除云和卷云像素。随后，计算归一化差异水体指数（Normalized Difference Water Index, NDWI） 以提取水域范围，再计算归一化差异植被指数（Normalized Difference Vegetation Index, NDVI） 以识别漂浮绿藻。针对不同时期和区域的绿藻特征，研究采用了不同的NDVI阈值进行提取，例如，在苏北浅滩的早期阶段（4-5月），将阈值从常规的>0.2放宽至>0.05，以便识别信号微小的初始绿藻斑块。根据绿藻覆盖面积随时间变化的“生长曲线”，研究将绿潮动态划分为起始期（initiation phase）、发展期（development phase） 和消散期（dissipation phase），并进一步根据曲线的拐点将发展期细分为“早期发展”（early-development）和“晚期发展”（late-development）阶段，这一过程划分对于寻找关键调控窗口期至关重要。
3. 紫菜养殖筏架面积提取 为了量化来源区生物量基础，研究利用Sentinel-1卫星的合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar, SAR）影像（VV极化）来识别苏北浅滩的紫菜养殖筏架。由于紫菜养殖周期通常在每年10月布设筏架，研究专门选取12月至次年2月的影像，采用最大值算法和滤波形态学算法，提取并计算了2017年至2023年间的养殖筏架面积。
4. 环境变量数据收集 为分析环境因子的影响，研究团队收集了多维度、多源的环境数据集。包括：来自中国科学院大气物理研究所的海表温度（Sea Surface Temperature, SST）和海表盐度（Sea Surface Salinity, SSS）月平均数据；来自欧洲中期天气预报中心（ECMWF）的ERA5再分析数据集，提取了降水（Precipitation, PCP）、风速（Wind Speed, WS）、风向（Wind Direction, WD）以及自定义的西风（u-wind）和南风（v-wind）分量；来自MODIS传感器的云覆盖率数据；以及来自团队现场调查和已发表文献的苏北浅滩4-5月营养盐（硝酸盐、磷酸盐、硅酸盐）浓度数据。
5. 统计分析方法 研究选取了黄海西部一个约126,000平方公里的区域作为统计分析范围。将绿潮覆盖面积（包括起始期面积Area_04，发展期增加面积ΔArea_05、ΔArea_06）与同期及前期的各类环境变量（如4月降水、5月西风、养殖面积）进行斯皮尔曼相关性分析（Spearman correlation analysis），以识别影响绿潮各阶段规模，特别是最终规模的关键因子和关键影响期。
1. 绿潮动态与阶段划分 从2017-2023年的遥感分析结果看，绿潮规模确实呈现出强烈的年际变化，最大覆盖面积在2019、2021和2023年很高，而在2018、2020和2022年则相对小得多，这与《中国海洋灾害公报》的趋势基本一致，但本研究通过统一的Sentinel-2数据源保证了年际间数据的可比性。以2021年特大绿潮事件为例，起始期（4月至5月初）漂浮绿藻被局限在苏北浅滩内，覆盖面积仅约为2平方公里。进入发展期（5月初至6月下旬），绿藻随夏季季风和潮流向北漂移，覆盖面积急剧扩张，生物量高速增长，最终在6月下旬达到顶峰。消散期（7月至8月初），漂浮绿藻大面积登陆或沉入海底，覆盖率迅速下降。
2. 紫菜养殖面积与环境因子变化 研究发现，苏北浅滩的紫菜养殖筏架面积在2017至2019年间显著扩张，从108平方公里增至194平方公里，但随后迅速缩减，至2023年降至55平方公里。环境变量方面，SST在2021年5月和6月比其他年份高出1-2°C。2021年4月的降水量是七年中最高的，且2021年4月30日苏北浅滩监测到了一次强风天气过程。
3. 绿潮规模的关键驱动因子分析 相关性分析揭示了绿潮规模调控的核心逻辑：绿潮的最终规模主要取决于其早期发展阶段的增长量，而与起始阶段的初始漂浮藻体覆盖面积关系微弱。 这意味着，决定绿潮暴发程度的“主战场”不在于最初有多少藻体从筏架上脱落，而在于这些藻体在5月份的早期发展过程中能否实现爆发式生长。
在这一关键窗口期（早期发展阶段），相关性矩阵（correlation matrix）显示，绿潮规模（ΔArea_earlyD）与三个因子呈强正相关： * 4月份的降水（r = 0.83）：这是本研究发现的一个新颖且关键的因素，尽管其具体机理（如通过增加陆源营养盐输入或改变水体盐度层化）尚待揭示，但强相关性表明春季降雨对后续绿潮规模有显著的刺激作用。 * 紫菜养殖面积（r = 0.58）：这证实了源头生物量贡献的基础性作用，养殖筏架为浒苔提供了关键的初始附着基质。 * 5月份的西风（r = 0.51）：这一发现也颇为新颖。研究认为，更强的西风有利于将初始在沙脊区形成的绿藻斑块向离岸开阔水域输送和扩散，从而启动大规模的种群发展。
此外，相关性分析还发现，起始期的绿藻覆盖面积主要与海表温度（正相关）和盐度（负相关）有关，但这些因子与最终绿潮规模的关系不大。营养盐浓度与绿潮规模在本研究中也未显示出显著的相关性，这可能受限于有限的数据量，也可能暗示在亚生物滩这种高营养盐背景值区域，营养盐并非短期内绿潮规模年际波动的决定性限制因子。
本研究的核心结论是：南黄海绿潮的最终规模在很大程度上不由源头初始生物量决定，而是由早期发展阶段（尤其是5月份） 那部分藻体的生长扩张所主导。而4月份的降水、5月份的西风气象条件以及苏北浅滩的紫菜养殖面积，是调控该关键阶段及最终绿潮规模的三个最重要因素。
科学价值：该研究将绿潮研究的重心从静态的“源头”延伸至动态的“早期发展过程”，通过精细的阶段划分和年际比较，明确提出了“早期发展阶段是决定绿潮规模的关键窗口期”这一论断，并首次定量揭示了降水和西风这两个气象因子在其中的重要作用，深化了对绿潮灾害复杂形成机理的科学认知。
应用价值：该研究对当前的管理策略有重要启示。第一，源头控制在降低基础生物量上依然必要，是本底性的减灾手段。第二，更为重要的是，它强调了综合监测与早期预警的极端重要性。由于天气条件能极大地左右早期发展阶段的藻体生长率，甚至可以抵消源头控制的效果（导致强年际波动），管理部门应在每年5月这个关键窗口期，在苏北浅滩及邻近水域强化对漂浮绿藻和关键环境因子（气象、水文）的业务化监测，结合天气预报，发展绿潮规模的早期预警能力，从而实现更主动、更精准的灾害响应。