科研动态 | 从“面积”到“物候”：罗斯海冰间湖如何影响浮游植物生长？
很多人以为：冬季南极的海洋会被海冰严严实实地覆盖——但事实并非如此。
在南极沿岸，海冰常常会被强劲的下降风吹开，形成一片片开阔水域或薄冰区。
它们有一个很“酷”的名字——冰间湖（polynya）。
冰间湖一方面让海洋和大气连通，强化热量交换、促进海冰生成；
另一方面，阳光更早进入海洋表层，为浮游植物提供最早的生长机会。
那么问题来了：
冰间湖面积变大，浮游植物会跟着变多吗？
如果冰间湖提前向外扩张，浮游植物大量繁殖开始时间会不会也提前？
为了回答上述问题，中山大学遥感科学与技术学院极地海洋与遥感团队带来最新研究成果—“Spatiotemporal Dynamics of Polynyas and their Relationships with Phytoplankton Blooms in the Ross Sea, Antarctica”
主角登场：罗斯海三大冰间湖
罗斯海拥有南极最典型、最重要的沿岸冰间湖系统，包括三个冰间湖：
· 罗斯海冰架冰间湖（RSP）
· 特拉诺瓦湾冰间湖（TNBP）
· 麦克默多湾冰间湖（MSP）
它们不仅是南极的“海冰工厂”，也是全球重要的高纬生态热点区域。
图1 遥感影像中的冰间湖与浮游植物
为了弄清它们的长期变化，研究基于2002–2023年多源卫星数据开展研究：
· 海冰密集度（SIC）：刻画冰间湖的形成与演变
· 叶绿素a（Chl-a）：作为浮游植物生物量的遥感指示量，刻画春夏季大量繁殖过程
面积很重要，但“面积解释不了一切”
直觉上，我们很容易认为：冰间湖面积越大 → 开阔水面越多 → 叶绿素越高。但研究发现，冰间湖面积与Chl-a的年际变化并不总是同步（图2ace）。也就是说，面积增大，并不必然对应叶绿素浓度增加。
图2 2002–2023年三个冰间湖的Chl-a异常值（a, c, e）与冰间湖面积异常值，以及Chl-a的年际气候平均态（b, d, f）。
深入探索：冰间湖不仅要问“有多大”，更要问“何时、何地”
于是本研究换了一个思路，不再只盯着“面积”，而是去捕捉冰间湖的物候指标。研究引入了：
√双逻辑模型：用于提取冰间湖季节性开闭时间（opening duration）
√像素尺度冰间湖物候指标：
· 冰间湖前进时间（逐步向北扩张的时间）
· 冰间湖退缩时间
· 开阔水域持续期
关键发现：冰间湖提前一天，浮游植物可能提前两天
研究表明，过去二十年，罗斯海三大冰间湖面积均显著扩张，季节性开放期整体延长。空间上呈现春季缓慢向北前进、初秋快速向南退缩的模式，冰间湖倾向于更早前进、更晚退缩，开阔水域持续时间延长。
当从“物候”角度刻画冰间湖与浮游植物大量繁殖物候的关系时，研究发现，冰间湖前进时间越早，浮游植物大量繁殖开始时间也越早（图3）：若冰间湖前进时间每十年提前1天，浮游植物大量繁殖开始时间平均可提前至少约2天。这意味着，冰间湖可能通过更早暴露开阔水面、增强光照进入并改变表层环境，为浮游植物生长建立更有利的前置条件，为理解“冰间湖扩张—浮游植物生长”提供了定量关系证据。
图3 冰间湖前进时间与浮游植物大量繁殖开始/峰值时间的关系。实线表示显著（95%置信水平）。
不同阶段浮游植物响应是否一样？
浮游植物大量繁殖是一个过程（图2bdf），冰间湖可能更容易影响“开始时间”，但峰值和结束时间则往往受到其他环境因子共同控制。为此研究进一步把繁殖过程划分为生长和衰退两个阶段，并利用多元回归分析光照、海表温度和风场等因子的阶段性作用差异（图4）。
结果显示驱动机制具有显著的区域与阶段依赖性：在罗斯海冰架冰间湖，光合有效辐射（PAR）在生长与衰退阶段均为主要正向驱动；而在特拉诺瓦湾冰间湖，PAR在生长阶段呈显著负相关，在衰退阶段转为弱正相关（未达显著），表明不同冰间湖系统中光学—生态响应并非一成不变。这一发现提示不能用一套统一机制解释所有冰间湖。同样是光照增强，在不同区域、不同阶段，其生态响应可能完全不同。
图4 RSP和TNBP不同生长阶段环境因子的标准化回归系数 (*** p < 0.01, ** p < 0.05)。
该研究于2026年1月在中科院一区Top期刊《Advances in Climate Change Research》上发表，题为“Spatiotemporal Dynamics of Polynyas and their Relationships with Phytoplankton Blooms in the Ross Sea, Antarctica”。中山大学遥感科学与技术学院极地与海洋遥感团队博士研究生吴怡凡为第一作者，赵羲副教授为通讯作者，硕士研究生张翼、荷兰ITC Alfred Stein教授、上海交通大学张召儒教授、博士研究生宋利娟、李博、中山大学程晓教授和侯雪姣副教授为文章的合作作者。本研究受国家自然科学基金项目（42476257）和教育部学科突破先导项目（JYB2025XDXM803）的支持。
原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S167492782500276X