国际资讯|卫星观测到大规模海洋生物迁移
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英文原文作者：Joseph Atkinson，Michael Carlowicz
英文原文来源：earthobservatory.nasa.gov
中文编译整理：慧天地国际站一鸣
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该研究结果已于2019年11月发表在Nature上。
图1：（图片来源：Proyecto Agua）
每个夜晚，在黑暗的掩护下，无数的小海洋生物从海洋深处游到海面附近觅食，然后在天亮前又从视野中消失。这种大范围的动物迁徙是地球碳循环的重要组成部分，得益于天基激光技术，这种活动首次在全球范围内被观测到。
这种现象被称为昼夜垂直迁移（diel vertical migration，简称：DVM）。小型的海洋生物——从桡足类动物(参照图2)到乌贼再到磷虾，都会在晚上从深海游上来以浮游植物为食，然后在日出前返回深海。这种迁移的主要原因是一些海洋生物为了躲避视觉上的捕食者，这些捕食者会在白天接近海面时吃掉它们。
对于这种大自然的每日活动，人们已经在船只上观察了几十年（尽管是在有限的地区和时间内）。它被认为是地球上动物总数最多的一次迁徙。现在，得益于云层气溶胶激光雷达与红外探路者卫星观测（CALIPSO）卫星，研究人员已经在整个海洋环流和盆地的尺度上观测了十年。CALIPSO由美国宇航局和国家空间研究中心于2006年发射，旨在研究大气中的云、尘埃、污染和火山灰等现象。但是卫星的激光也可以穿透海洋的20米以上，所以如果迁徙的动物到达这一层，CALIPSO就能看到它们。
图2：桡足类动物
（图片来源：Proyecto Agua）
美国宇航局兰利研究中心的科学家、该研究的合著者克里斯·霍斯特勒（Chris·Hostetler）说道：“这是一项最新的研究，它证明了一件令人吃惊的事情：激光雷达所具备的灵敏度，可以从太空中为研究人员提供对科学有用的海洋测量结果。我认为，我们只是触及了激光雷达所能够实现的令人兴奋的新海洋科学的皮毛。”
本文的图1显示了从白天到晚上海洋中光的后向散射的变化，也就是激光脉冲反射回CALIPSO卫星的强度的变化。科学家们检查了白天和晚上卫星经过收集的数据，并注意到反向散射量的差异。红色或橙色区域的光散射差异最大，这一信号表明这些区域有大量的海洋生物在迁移。
这项研究的主要作者、俄勒冈州立大学(Oregon State University)的生物海洋学家迈克尔·贝伦菲尔德(Michael·Behrenfeld)表示：“激光雷达让我们能够在10年间，每隔16天就在全球范围内对这些迁移动物进行一次采样。我们从未有过如此大的全球覆盖范围，让我们能够观察这些动物的行为、分布和数量。”
这些垂直迁移的生物的累积效应对于地球的气候具有重要意义。白天，浮游植物进行光合作用，从大气中吸收大量的二氧化碳。经历DVM的动物会上来以浮游植物为食，有效地将浮游植物和它们的碳带回到海洋深处。这些碳中的大部分随后会被排出体外，在那里下沉，并有效地被困在海洋深处和大气层之外。
图3：（图片来源：Proyecto Agua）
上面的图3显示了垂直迁移生物在世界海洋中的分布情况，明亮的颜色显示了更丰富的物种。通过分析整个研究期间（2008-2017年）的模式，研究人员发现，虽然在热带和亚热带海洋地区，那些营养较低、水质较清的水域中垂直迁移的动物比较少，但它们在这些区域的动物总数中所占的比例要大得多。而在更阴暗、更富营养的地区(大部分是高纬度地区)，有昼夜垂直迁移现象的动物数量更多，但它们在动物总数中所占的比例也更小，因为更多的动物日日夜夜都待在水面附近。
研究人员还观察了迁徙动物种群的长期变化，这些变化可能是由气候变化引起的。CALIPSO的数据显示，在北太平洋、南太平洋和南印度洋的亚热带海域，迁移动物的生物量有所增加。在热带地区和北大西洋，生物数量有所减少。除了热带大西洋区域外，所有这些变化都与浮游植物丰度的变化相关。
贝伦菲尔德说道：“新的数据使我们有机会将卫星观测数据与模型结合起来，更好地量化这种大范围的动物迁移对地球碳循环的影响。气候建模者还没有一个全球数据集来校准这些模型，并告诉他们这些迁移者在哪里最重要，在哪里最丰富，以及随着时间的推移他们是如何变化的。”
备注：美国宇航局地球观测站图片由Joshua Stevens提供，数据来自Behrenfeld, M. J.等人(2019年)。图片版权归Proyecto Agua所有（通过Encyclopedia of Life）。本文由美国宇航局兰利研究中心的Joseph Atkinson，以及Michael Carlowicz联合报道。
参考文献：
Behrenfeld, M.J., etal. (2019) Global satellite-observed daily vertical migrations ofocean animals. Nature.
NASA (2019) CALIPSO. Accessed December 4,2019.
NASA Earth Observatory (2015, December 10)Defying Fall Weather to Explore Ocean Ecosystems.
NASA Earth Observatory (2011, June 16) The Carbon Cycle.
NASA Earth Observatory (2011, February 17)As the Seasons Change, Will the Plankton?
NASA Earth Observatory (2010, July 13) What Are Phytoplankton?
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