《PLOS Climate》：Characterizing compound physical and biogeochemical extremes in the California Current Large Marine Ecosystem
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本文系统分析了1996-2019年加州海流大型海洋生态系统（CCLME）中海洋热浪（MHW）、低叶绿素极端事件（LCX）和浅层低氧极端事件（SHX）的复合发生规律。研究首次揭示了ENSO（厄尔尼诺-南方涛动）相位对复合极端事件的调控作用：厄尔尼诺期易发MHW-LCX事件，拉尼娜期则主导SHX事件。通过高分辨率生物地球化学模型（GLORYS-BGC）验证，发现近岸区域MHW-LCX是最高频的复合极端类型，而三重极端事件（SMHW-LCX-SHX）相对罕见。该研究为海洋生态系统多胁迫因子协同效应提供了关键预测指标，对制定基于生态系统的渔业管理策略具有重要科学价值。
研究区域与方法框架
本研究聚焦于北美洲西岸的加州海流大型海洋生态系统（CCLME），其范围覆盖北纬22°至48°的广阔海域。研究团队将区域划分为近岸（0-75公里）和远岸（75-300公里）两个带状区域，并进一步按纬度细分为八个生态分区。通过分析1996-2019年期间的GLORYS-BGC海洋再分析数据，该模型整合了PISCES-v2生物地球化学模块，提供每日分辨率的物理与生物地球化学参数。极端事件的判定采用季节动态百分位法：海洋热浪（MHW）定义为超过90百分位阈值持续5天以上的高温事件，而低叶绿素极端事件（LCX）和浅层低氧极端事件（SHX）则分别对应低于10百分位的叶绿素浓度和缺氧层深度异常。
单极端事件的空间分布特征
表面海洋热浪（SMHW）在CCLME全域呈现高频发生特征，其强度与持续时间空间异质性较小。与之形成对比的是，LCX和SHX极端事件主要集聚于近岸区域：LCX在北纬40°以北海域发生频率最高，而SHX在太平洋西北部沿岸表现出强度最大（达5σ）但持续时间较短（<50天）的特点。值得注意的是，南加州湾区域的SHX事件表现出长持续时间（>200天）而强度较弱（<1.5σ）的独特模式。从垂直结构来看，持续时间最长的极端事件普遍出现在远离海岸300公里以外的寡营养海域。
复合极端事件的协同规律
在各类复合极端事件中，SMHW-LCX的组合在CCLME具有最广泛的空间分布，特别是在27°N-45°N的沿岸带呈现高频发生特征。通过似然乘数因子（LMF）分析发现，SMHW与LCX在近岸呈现显著正相关（LMF>5），而LCX-SHX和SMHW-SHX则表现为负相关（LMF<1）。这种差异性源于沿岸上升流动力学机制：当SHX事件发生时，营养盐输入通常伴随叶绿素浓度升高，从而抑制LCX的形成。从海底视角分析，大陆架浅水区以底栖海洋热浪（BMHW）与LCX的复合事件为主，而大陆坡深水区则盛行BMHW与SHX的组合。三重极端事件（SMHW-LCX-SHX）在空间上极为罕见，仅覆盖不到23%的生态系统区域，且主要发生在2014-2015年海洋热浪"Blob"事件期间。
ENSO相位的调控机制
研究首次系统阐明了ENSO对复合极端事件的调制作用。在强厄尔尼诺事件（1997-1998, 2015-2016）期间，近岸海域同时出现SMHW、LCX和BMHW事件，并伴随缺氧层深度异常加深。典型如1998年3月26日，该区域记录了强度达3.1σ的深层低氧极端事件（DHX）。相反，在拉尼娜事件期（2007-2008, 2010-2011），沿岸上升流增强导致SHX事件频发，同时伴随高叶绿素极端事件（HCX）和海洋冷锋（MCS）。值得注意的是，缺氧层深度的年际变率呈现明显的低频特征，其极端事件的发生相较于温度和叶绿素参数具有1-3个月的时空滞后效应，这可能与北大西洋环流尺度的水团平流过程相关。
多胁迫因子的生态启示
尽管三重极端事件发生频率较低，但其他多胁迫因子组合对生态系统产生叠加影响。例如2007-2008年拉尼娜期间，模型显示在SHX事件同时出现pH值异常低值（<-1.5σ），这种海洋酸化胁迫与低氧条件的叠加，曾导致太平洋西北部牡蛎养殖场大规模幼体死亡事件。此外，营养盐 stoichiometric 比例异常（如2015-2016年硅氮比降至0.25）可能诱发有害藻华（HABs），这揭示了多因子协同作用对海洋生态系统的复杂影响。
管理应用与预测前景
本研究建立的极端事件时空数据库为海洋保护区划设和渔业管理提供了科学依据。特别是ENSO与复合极端事件的关联性，为发展季节性预测模型创造了可能。未来需结合PACE卫星的浮游植物功能型识别技术，以及增强型生物地球化学模型（如包含pH和营养盐比例参数），进一步提升对海洋多胁迫极端事件的预测能力。该研究框架可扩展应用于其他大型海洋生态系统，为全球海洋生态系统应对气候变化的适应性管理提供理论支撑。
