摘要
在大西洋和太平洋的东侧，地球的自转加上吹向赤道的风把海水从海岸吹走。深海的水上升来取代被推开的水，这个过程被称为上升流。上升到水面的较冷的深水含有丰富的营养和氧气，它支持健康的生态系统。也就是说，沿海海洋的上升流等于大量的鱼!有四条海岸线的上升流是至关重要的，被称为东部边界上升流系统(简称EBUS)。这些区域只占世界海洋面积的不到3%，但却占全球渔获量的20%。EBUS随着地球气候的变化而不断变化。鉴于它们非凡的生物生产力，了解全球变暖如何影响EBUS是非常重要的。在这篇文章中，我们描述了什么是EBUS，并讨论了气候变化如何影响它们及其生态系统中的鱼类种群。
介绍
“小，但强大”是形容生活在海洋上层的小鱼的一个很好的方式。例如，沙丁鱼和凤尾鱼可能很小，但它们在海洋食物链和海洋生态系统中扮演着极其重要的角色。这些小鱼是大鱼的主要食物来源，而大鱼又是全世界人类的主要食物来源!最大数量的沙丁鱼和凤尾鱼生活在海洋中被称为东部边界上升流系统。EBUS是由地球自转和沿海岸线方向吹向赤道的地表风共同形成的。这些因素共同作用，将海洋表面的水推离海岸。这种水平的水运动迫使较深的水上升到阳光照射到的海洋上层，这些水通常较冷，富含氧气和氮、磷等营养物质。当营养丰富的水到达阳光照射层时，浮游植物水华结果。浮游植物是微小的漂流植物。和陆地上的植物一样，浮游植物也会利用光合作用将太阳的能量转化为复杂的营养物质和氧气，支持海洋的整个食物链。浮游动物海鱼是海洋中最小的动物，以浮游植物为食，而浮游动物本身是较大鱼类的首选食物。这种有益的海水运动背后的物理过程被称为海洋运动上涌（图1）.
- 图1 -上升流是指海洋上层阳光照射区域的温暖地表水被更深、更冷、营养丰富的水所取代的过程。
- 在EBUS中，上升流是由沿海岸线吹向赤道的风加上地球自转引起的。风迫使地表水离开海岸。
EBUS在哪里?海洋学家为什么要研究它们?
海洋学家研究EBUS，因为它们是海洋中最具生产力的生态系统之一，对许多国家的经济非常重要。全球有四个主要的EBUS:太平洋的加利福尼亚和秘鲁-智利上升流系统，以及大西洋的Canary和Benguela上升流系统(图2) [1]。鸬鹚、鹈鹕和塘鹅等海鸟以及海洋哺乳动物在EBUS中数量丰富，种类繁多，因为这些动物被这些生态系统中集中的食物来源所吸引。堆积的粪便和死鸟和海豹的残骸形成了一种非常有价值的土壤肥料，叫做鸟粪，它富含营养物质。EBUS不仅提供高达世界总渔获量的五分之一[2尽管只占地球海洋的很小一部分，但由于鸟粪，它们对19世纪现代集约化农业的发展至关重要!
- 图2 -四个主要EBUS的位置
- 每个EBUS中凤尾鱼和沙丁鱼种群的大小与鱼符号的大小成正比。最大的种群分布在秘鲁-智利上升流系统，最小的种群分布在金丝雀上升流系统。
EBUS和气候变化
由于鱼类是世界上大部分地区的重要食物和收入来源，科学家们希望了解气候变化将如何影响EBUS。科学家们认为，全球变暖将从两个方面影响EBUS:它将改变驱动EBUS上升流的风，它将改变海水的分层(图3）.
- 图3 - EBUS未来可能的场景
- (一)由于气候变化，EBUS上升流可能会因为分层的增加而减弱。上升流减弱导致阳光照射区营养物质减少，这意味着浮游植物减少，为浮游动物和鱼类提供的食物也就减少了。(B)另外，EBUS上升流可能会因为强风和分层的微小变化而加强。更强的上升流导致阳光照射区有更多的营养物质，这意味着更多的浮游植物，为浮游动物和鱼类提供更多的食物。
让我们从风开始。如果风力减弱，被推向近海的水就会减少，上升流就会减少。同样，更强的风会产生更大的上升流，因为海洋表面更多的水被推开，被更大量的深水所取代。虽然科学家们仍在争论风是更有可能增强还是更有可能减弱，但大多数研究人员都认为沿海风在未来会变得更强。[3.]。这可能会发生，因为全球变暖将导致陆地比海洋变暖得更快。如果你把一块石头和一杯装满水的水放在太阳下，一个小时后石头就会变得很热，而水只是温暖的。这是因为陆地和海洋有不同的热容。如果陆地比海洋变暖得多，陆地-海洋的温度对比就会增加。科学家预测，这种温差的增加将在海岸线上产生更强的风，这些风将增加上升流。上升流的增加会把更多的营养物质和氧气带到海面附近，从而促进有益的浮游植物大量繁殖[4]。
然而，全球变暖亦会导致气温上升[5]。当暖空气加热海洋的上层时，它增加了科学家所说的海洋分层。当不同密度的水形成层层堆积，从最轻的顶部到最重的底部，分层就发生了。温水的密度比冷水小，所以温水漂浮在冷水上。最轻和最温暖的水在海洋的上层，下面的每一层都更重和更冷。虽然海洋上层温暖的海水听起来很适合游泳，但这层温暖的海水对上升流起到了阻碍作用。海水的分层程度越高，将地表水移离海岸的水流就越弱。因此，海洋分层程度越高，上升流就越少，到达光合作用发生的阳光照射区营养物质的数量就越少。
这一切是如何结合在一起的呢?虽然我们知道EBUS的生态系统可能受益于强风，也可能因分层增加而受到损害，但我们不知道这些变化的总和对生活在那里的生物是好是坏。科学家们正致力于在计算机的帮助下预测EBUS的未来。虽然目前还不可能用计算机模拟大气和海洋中发生的一切，但我们已经在以现实的方式描绘地球气候方面取得了巨大进展。这些计算机模型的结果显示，四种主要EBUS中的每一种都可能对气候变化做出不同的反应。例如，一组研究人员发现大西洋中的两个EBUS可能对气候变化非常敏感，而太平洋中的两个EBUS可能不太受气候变化的影响[6]。然而，计算机模型一致认为，全球变暖对夏季EBUS的影响大于冬季。全球变暖会改变夏季上升流最强的位置，而冬季的变化则较小[3.]。
未来的EBUS会是什么样子?
随着全球变暖，科学家预测地表风、海洋温度和海洋分层等都会发生变化[7]。虽然四个主要的EBUS都是由海洋和大气中的类似过程形成的，但预期变化的综合影响对每个位置都是独特的。因此，全球气候变化将对每个EBUS产生不同的影响。目前还不清楚这些气候-生态系统的变化将如何影响鱼类、海鸟和海洋哺乳动物。通过结合海洋测量和基于计算机的预测，科学家将继续研究EBUS，以了解我们如何限制气候变化的破坏性影响。在我们解决这个问题的同时，选择可持续的海鲜是帮助所有EBUS沙丁鱼和凤尾鱼保持健康的简单方法!
术语表
东部边界上涌系统(EBUS)：↑海洋表面的海水远离海岸，被富含氧气和营养物质的冷水所取代。
浮游植物爆发：↑浮游植物在特定地区的迅速增加，与大量的氮、磷和二氧化硅(植物的主要营养物质)以及充足的光和氧气有关。
浮游植物：↑浮游植物，生活在阳光照射的海洋区域，进行光合作用。
光合作用：↑植物利用阳光利用二氧化碳和水合成食物的过程。
浮游动物：↑在海洋中漂流的小型水生生物，包括甲壳类动物和幼虫。它们主要吃浮游植物，也会被鱼等大型捕食者吃掉。
上涌：↑在寒冷的、营养丰富的海水中，海水从深层上升到海洋表面的物理过程。
热容：↑使一定数量的物质升温1度所需要的热量。水的热容比岩石的热容高。
分层：↑流体按密度分层的过程。在分层的海洋中，温度更高、重量更轻、盐度更低的水位于温度更低、重量更重、盐度更高的水之上。
利益冲突
作者声明，这项研究是在没有任何商业或财务关系的情况下进行的，这些关系可能被解释为潜在的利益冲突。
致谢
AB感谢国家科学基金会(授予ce -1658174)的支持。
参考文献
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[2]↑保利，D.和克里斯滕森，1995。维持全球渔业所需的初级生产。自然。374:255-7。doi: 10.1038 / 374255 a0
[3]↑Rykaczewski, R. R.， Dunne, J. P.， Sydeman, W. J.， García-Reyes, M.， Black, B. A.和Bograd, S. J. 2015。21世纪海洋东部边界流中沿海上升流有利风的向极地移动。地球物理学。卷。42:6424-31。gl064694 doi: 10.1002/2015
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[5]↑Bakun, A.， Black, B. A.， Bograd, S. J.， Garcia-Reyes, M.， Miller, A. J.， Rykaczewski, R. R.等。2015。气候变化对沿海上升流生态系统的预期影响。咕咕叫。爬。改变代表。1:85 - 93。doi: 10.1007 / s40641 - 015 - 0008 - 4
[6]↑博尼诺，G.，迪洛伦佐，E.，马西娜，S.和约维诺，D.。主要东部边界上升流系统内部和跨越的年际至年代际变化。科学。代表。9:19949。doi: 10.1038 / s41598 - 019 - 56514 - 8
[7]↑Rykaczewski, R. R.和邓恩，J. P. 2010。在地球系统模型中，随着全球变暖和分层的增加，加州当前生态系统的营养供应增强。地球物理学。卷。37: L21606。gl045019 doi: 10.1029/2010