《Regional Studies in Marine Science》：Numerical study of three-dimensional circulation and virtual grouper larval dispersal in Cenderawasih Bay, Indonesia
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本研究利用CROCO模型耦合Ichthyop个体模型，模拟印尼Cenderawasih湾三种产卵点珊瑚礁鱼类幼体扩散。结果显示夏季环流有利于幼体保留，冬季高温导致存活率下降，不同季节和产卵位置影响幼体沉降机制。
苏哈埃米（Suhaemi）| 阿普里安西亚（Apriansyah）| 西亚夫鲁丁·拉哈尔乔（Syafrudin Raharjo）| 卢基·森贝尔（Luky Sembel）| 阿拉迪亚·布贾纳·库苏玛（Aradea Bujana Kusuma）| 马尔汉（Marhan）
印度尼西亚马诺克瓦里（Manokwari）巴布亚大学（University of Papua）渔业与海洋科学学院（Faculty of Fisheries and Marine Science）海洋科学系（Department of Marine Sciences）
摘要
本研究探讨了印度尼西亚森德拉瓦西海湾（Cenderawasih Bay）中季节性环流和温度变化如何调节与珊瑚礁相关的石斑鱼幼体的扩散和种群连通性。研究采用了一个高分辨率的三维水动力模型（CROCO），并结合了一个基于个体的幼体扩散模型（Ichthyop），来模拟从海湾内部到外部的三个产卵点释放的虚拟幼体的传输、存活、输出以及与栖息地相关的定居过程。水动力模拟揭示了促进幼体在海湾内部滞留的循环条件与边界交换增强时期的季节性变化。2024年6月和12月进行的季节性释放实验显示了不同的连通性模式：6月期间，幼体在整个浮游阶段主要局限于海湾内部，支持来自海湾内部和中央区域的较高滞留率和定居潜力（P1–P2）；而12月时，所有地点的幼体数量在第25天急剧下降，这种减少主要是由高温导致的死亡率高而非海湾出口处的输出增强所致，表明此时的补充机制受到生存限制。2024年1月至12月的月度模拟进一步表明，定居率的降低取决于季节和产卵位置的不同机制。受边界影响的地点在年中出现下降，这与传输驱动的限制相吻合；相反，12月的补充崩溃发生在温度超过模型耐受上限时。在有利于滞留的月份，定居信号集中在海湾内部的珊瑚礁栖息地，而靠近海湾出口的地点对边界驱动的传输更为敏感。这些结果表明，森德拉瓦西海湾的补充潜力在一年中存在显著变化，并受到季节性环流、温度依赖的存活率、产卵位置以及珊瑚礁栖息地分布的相互作用的影响。
引言
森德拉瓦西海湾（CB）位于印度尼西亚巴布亚北部地区，是鸟头海域（Bird’s Head Seascape）中最大的半封闭海洋系统，该区域被认为是全球珊瑚礁生物多样性的中心（Allen和Erdmann，2009；Ender等人，2014；Mangubhai等人，2012）。海湾拥有广阔的珊瑚礁、堡礁生态系统、类似海山的碳酸盐结构以及深度超过1500米的深海盆地，这些环境支持着高水平的珊瑚礁鱼类丰富度、局部特有物种以及生态上重要的大型动物，如鲸鲨（Rhincodon typus）（Manuhutu等人，2021；Setyawan等人，2025）。由于其半封闭的地理位置和与西太平洋的有限交换，人们推测CB的环流特征有助于水团及其相关生物成分（包括珊瑚礁鱼类的早期生命阶段）的滞留。
对巴布亚地区更广泛范围的物理海洋学研究表明，新几内亚沿岸流（NGCC）和新几内亚沿岸下流（NGCUC）的季节性变化（包括流速和路径）在塑造CB内的传输过程中起着关键作用，这些变化受到季风强迫和远赤道动力机制的调节（Darmawan等人，2021；Sprintall等人，2019；Sprintall等人，2014）。最近的研究还表明，中尺度涡旋（包括新几内亚涡旋）的形成和演变可能影响该地区的垂直混合和跨岸颗粒传输路径（Darmawan等人，2021）。然而，关于季节性环流结构如何调节CB内珊瑚礁栖息地之间的交换、滞留和连通性的详细分析仍然有限。这一研究空白尤为重要，因为环流强度和方向的季节性变化可能决定了幼体是滞留在海湾内还是被输送到邻近的海洋水域。
珊瑚礁鱼类种群之间的连通性主要由浮游幼体的扩散过程驱动，这些过程决定了自我补充和种群更新的程度（Jones等人，2009；Williamson等人，2016）。来自印度-太平洋地区的实证证据表明，包括石斑鱼在内的商业目标珊瑚礁鱼类的幼体扩散距离可能比之前假设的更为有限，大量幼体会在其出生地附近的珊瑚礁定居（Almany等人，2013）。这种动态表明，像CB这样具有半封闭地理特征的生态系统可能支持高水平的局部连通性，种群可持续性在很大程度上依赖于内部幼体的供应。理解这些连通性模式对于管理珊瑚礁渔业和保护生物多样性至关重要，特别是在生态完整性和沿海生计紧密相关的地区。
为了评估幼体扩散的模式和驱动因素，生物物理建模方法已成为一种强有力的工具。将高分辨率海洋环流模型与基于个体的幼体追踪系统相结合，可以用来描述空间连通性矩阵、扩散核以及源-汇种群结构（Lett等人，2008；Mayorga-Adame等人，2017）。对于像CB这样复杂的半封闭盆地，由于环流机制的季节性变化，扩散结果可能会有很大差异。尽管这种方法具有重要意义，但迄今为止CB尚未进行过任何生物物理连通性研究。
鉴于珊瑚礁渔业在CB中的生态重要性，以及该地区被指定为具有高生物多样性和广阔珊瑚礁栖息地的国家保护海洋区域（Marine Protected Area，MPA），生成关于物理-生物连通性的科学信息对于制定适应性空间管理和支持可持续的当地生计至关重要。因此，本研究旨在通过整合三维环流建模和基于个体的幼体模拟，来研究森德拉瓦西海湾的水动力结构及其对珊瑚礁鱼类幼体扩散的影响。具体而言，该研究考察了扩散结果的季节性差异，并量化了幼体命运的年度内变化，包括滞留、输出和基于存活的定居信号。通过提供关于海湾内季节性连通路径的首批定量见解，这项工作为印度尼西亚最重要的海洋生物多样性保护区的基于证据的保护规划奠定了科学基础。
材料与方法
本研究采用了一个耦合的物理-生物建模框架，来研究印度尼西亚森德拉瓦西海湾（CB）中石斑鱼幼体的虚拟扩散情况。物理环境通过沿海和区域海洋社区模型（CROCO）进行模拟，该模型提供了三维水流、温度和海面高度（SSH）数据。这些水动力输出随后被用于驱动Ichthyop中的基于个体的幼体扩散模型（IBM）。
森德拉瓦西海湾的季节性环流动态
森德拉瓦西海湾的表面环流表现出与之前报道的巴布亚地区季风驱动的变异性一致的明显季节性周期（Darmawan等人，2021；Suhaemi等人，2022）。图2展示了2018–2024年平均的月平均表面环流和海面高度（SSH）场。为了清晰起见，水流矢量被降采样并放大，以突出与幼体扩散相关的主要传输路径。模拟的SSH变异性的真实性
讨论
季节性环流变异性为解释森德拉瓦西海湾中的幼体扩散提供了主要的物理背景。2018–2024年的气候环流模式表明，海湾在相对较弱的循环流动（促进内部滞留）和表面传输增强（朝向海湾出口）的时期之间交替（Darmawan等人，2021；Sprintall等人，2014）。这些变化直接影响幼体的
结论
本研究利用耦合的CROCO–Ichthyop框架，首次对森德拉瓦西海湾中石斑鱼幼体的三维环流和虚拟扩散进行了生物物理特征描述。水动力模拟捕捉到了海湾表面环流和温度结构的季节性变化，包括内部循环和朝向海湾入口的增强交换的交替时期。这些季节性变化为解释
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
作者衷心感谢巴布亚大学（Universitas Papua）和坦戎普拉大学（Universitas Tanjungpura）为本研究提供研究设施和计算资源。我们还要感谢森德拉瓦西海湾的当地渔民社区分享他们的生态知识，这有助于选择产卵地点。本研究得到了印度尼西亚教育、文化、研究和技术部基础研究计划（Regular Fundamental Grant, Contract）的资助。
