近年来，赤潮（藻华）暴发的消息时常见诸报端，这看上去壮观的自然现象背后，可能是海洋“生病了”。然而此前很长时间，人们对于赤潮的监测只能靠人工，更是缺乏有效的预测手段。

日前，南方科技大学环境科学与工程学院副教授冯炼团队最新的成果出炉，人们对于藻华的种种疑问终于找到了更科学的解答路径。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，并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。成果于3月9日登上了《自然》封面。

实现一致性动态监测 推动藻华研究更进一步

浮游植物是指在水中以浮游生活的微藻类，当大量藻类细胞聚集在一起时会形成藻华。海洋浮游植物藻华主要发生在营养盐水平较高的海岸带区域，当自然条件适宜时浮游植物会快速繁殖，改变海水颜色，这一现象也称为赤潮。浮游植物藻华暴发会危害海洋生态系统，例如海水水质恶化、水体缺氧、鱼类死亡，甚至能影响人类健康。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。

然而一直以来，人们对于赤潮的研究却突破不大，很多时候监测还要依靠人工定点的“土办法”。“我们团队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年至2020年间76万景日尺度MODIS卫星遥感数据，实现了全球海岸带藻华的一致性动态监测。”冯炼介绍说，这个研究成果通过利用卫星遥感长时序、周期性、大范围等观测优势，弥补了目前对全球海岸带藻华变化趋势的认知缺陷。

2003年至2020年间，全球海岸带浮游植物藻华变化趋势

根据团队研究的结果，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。在研究覆盖的153个邻海国家中，126个国家的海岸带区域曾暴发过藻华。全球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。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%，几乎整个南半球的藻华频率呈增加趋势。进一步分析显示，海洋表面温度梯度与藻华频率呈现更为显著的正相关；全球极端气候也对全球沿海藻华有一定影响；人类活动导致的营养盐变化也可能是海岸带藻华趋势的影响因素。

冯炼介绍，其研究团队实现的全球海岸带藻华的一致性动态监测，在全球尚属首次。可以说，这一成果让全球关于藻华的研究更科学、更全面，乃至更有预见性。

成功的背后 源于灵光乍现与长期积累

“我与南科大，早在几年前就结下了不解之缘。”2017年，冯炼结束美国南佛罗里达大学博士后的工作来到深圳，在机缘巧合下了解到南科大环境学院，感觉与自己的研究方向十分适配，便一心想要进入学校工作。在谈到这段求职经历时，他高兴地说，“环境学院当时招聘水环境遥感方向的教授，我一看就明白，学院在找的人就是我。”

谈及科研的过程，冯炼谦虚地说了好几次“运气好”。他表示，之所以要感谢幸运女神的眷顾，是因为最后的成功来自于灵感乍现。“其实，我们研究所用的这些卫星图片是一直存在且完全开放的，全世界许多科学家研究了几十年，却一直没有取得突破。因为以前的做法都是对卫星遥感的藻类近红外线反射进行分析，大家都按照这个思路在探索，但事实证明进展缓慢。”

冯炼半开玩笑地说，要“感谢”疫情让各种事务放缓，反而给了他更多沉淀、思考的时间。有一天散步途中，心情放松的他突然灵光一现——此路不通，能不能换条路，从水的颜色和藻类的荧光信号入手？有了想法，冯炼带领团队立即“掉头”、“转弯”、“换路”，最终“另辟蹊径”地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。

当然，机会只青睐有准备的人。冯炼坦言，看似偶然的灵感闪现也是长期积累的成果。此前多年，他针对湖泊展开研究，也取得了很多成果。“海水的颜色比湖泊更复杂，但我们可以基于相似逻辑把算法进行改进”，冯炼说，此项研究的时间持续了大约一年，但就像大楼越是高耸入云，挖的地基就要越深，能抓住机会恰是因为已深耕多年。

面对困难 师生携手攻克

此次登上《自然》封面的论文，冯炼与团队的博士生戴艳会、博士后杨尚波同为第一作者，可以说是师生联手，共同努力取得的成果。戴艳会在2020年加入冯炼课题组，两人亦师亦友，经常讨论许多学术问题。

冯炼团队合影

科研并非都是顺利的，冯炼介绍了在进行藻华研究时所遇到的困难。在做长江中下游湖泊水生植被的研究时，许多人已经着手准备更大空间尺度的研究，只有戴艳会还没有什么进展，研究的差距让她心里产生自我怀疑，一度想要放弃。于是，冯炼与团队其他成员花费许多时间和精力，给予戴艳会很多鼓励和帮助，这才让她坚持下去，直到在水生植被研究上取得了满意的成果。“科研是一个漫长的过程，我在其中收获了很多，不仅是科研能力上的提升，还有心态上的转变。”戴艳会感叹不已。

谈及团队的目标，冯炼说道，由于人类活动的不断增加和环境污染的日益严重，水环境面临着许多严峻的挑战，因此，想利用遥感技术实时监测水质异常事件，对水污染事件进行快速定位和评估，从而提供科学依据支持应急响应和治理工作。“我们一直都在为保护环境而努力。从事水环境遥感的研究可以提高水资源的利用效率，提升水环境保护和治理的能力，对实现可持续发展具有重要的意义。”

深圳既是海洋城市，又是创新城市，更是重视环保的城市。在这里，“做水”大有可为，“做水”也大有可用……冯炼对未来充满憧憬：“专门‘做水’，是我的海洋科技梦想。未来，我们还会在藻华研究方面不断努力，为实现梦想、报效国家奋力前行。”

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素材来源：环境科学与工程学院

编辑：宣传与公共关系部