近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境实验室（LTO）、广东省海洋遥感与大数据重点实验室（LORS）詹海刚研究团队在浮游植物对亚中尺度过程的响应方面取得新进展，相关成果以博士研究生刘云辰为第一作者，研究员何庆友为通讯作者发表在Nature旗下期刊Communications Earth & Environment。
海洋亚中尺度过程（水平尺度1–10公里）作为海洋能量串级与物质输运的关键环节，一般被认为在全球生物地球化学循环中发挥着重要作用。一些科学家认为亚中尺度过程的强垂向速度使它们对浮游植物生长具有深远的影响，另一些科学家则认为这些过程的浅穿透及其与营养盐需求的季节分相极大地降低了其向上输送营养盐的效率，限制了其在浮游植物生长的作用。因此，全球尺度上亚中尺度过程如何影响浮游植物是目前一个广受关注又备受争议的前沿热点话题。
研究团队结合过去20余年漂流浮标观测数据和多源水色卫星遥感资料，分析了全球不同海域亚中尺度过程发生时海表浮游植物叶绿素浓度、生物量及表征生理学调整参数（碳-叶绿素比）的拉格朗日变化特征。结果发现，在中高纬海域和沿岸上升流系统，亚中尺度过程引起浮游植物生物量和叶绿素浓度同步增长。然而，在热带海洋和副热带流涡区，亚中尺度过程引起的叶绿素浓度升高却通常并不伴随生物量的增加，反而碳-叶绿素比出现明显下降。这表明，这些海域的亚中尺度过程未引发浮游植物的大规模繁殖，而是通过刺激浮游植物调节生理状态，促进细胞内叶绿素的合成，致使叶绿素浓度升高。在全球范围内，约有一半的亚中尺度过程引起的叶绿素浓度增加归因于这种生理学响应。
进一步，结合生物地球化学浮标（BGC-Argo）观测和历史温盐剖面数据分析，研究团队指出这种区域差异形成的主要原因可能在于：1）中高纬和沿岸上升流海域营养盐相对丰富，且混合层距营养盐跃层较近，亚中尺度过程引起的垂向混合将富含营养盐的水体带入混合层，从而促进浮游植物的生长，导致浮游植物生物量和叶绿素浓度同步升高；2）热带副热带寡营养海域，营养盐跃层远深于混合层，且亚中尺度过程引起的垂向混合较浅，导致其难以触及营养盐跃层，因而浮游植物生物量没有显著增长。尽管如此，该混合使浮游植物在近表层光照充足环境中的停留时间缩短，促使其通过增加细胞叶绿素的合成以提高光捕获效率，从而出现叶绿素浓度升高的现象。
该研究从全球尺度上揭示了亚中尺度过程影响浮游植物分布特征与机制的显著区域差异性，指出亚中尺度过程引起的叶绿素浓度升高不一定来源于生物量的增加，也可能是生理学状态调整的结果。研究成果为深入理解亚中尺度动力过程的生态效应提供了新的见解，对准确评估亚中尺度过程对海洋初级生产力和碳循环关键过程的影响有重要科学意义。
该研究由国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院先导计划、广东省自然科学基金和中国科学院青年创新促进会项目等共同资助完成。
论文相关信息: Yunchen Liu, Qingyou He*, Weikang Zhan, Mingxian Guo, Yuhang Zheng, Xinchen Shen, and Haigang Zhan. (2025). Heterogeneity of phytoplankton response to submesoscale processes in the global ocean. Communications Earth & Environment, 6, 357.
论文链接: https://doi.org/10.1038/s43247-025-02365-3
