由威廉与玛丽学院VIMS与巴滕学院主导的新研究表明，这种方法可能忽略了海洋生态系统实际经历的大部分热量。研究人员开发了一个框架，用于测量不仅在海洋热浪（MHWs）期间，而且在其前后可能出现的异常温水延长期间的累积暴露量。
海洋热浪是更长变暖期的一部分
这项发表在《自然》旗下《通讯·地球与环境》（Communications Earth & Environment）上的研究，对MHWs前后发生的变暖期进行了分类。利用来自美国20个河口的长期观测数据，研究人员通过将海洋热浪视为更广泛变暖事件的一部分，而不是孤立事件，开发出了一种测量总热量暴露的方法。
“我们开始注意到海洋热浪两侧的这些暖水异常，并意识到它们实际上嵌套在更大的暖水期内，”与合著者、VIMS与海岸及海洋科学巴滕学院助理教授Piero Mazzini合作的研究专家、25届硕士毕业生Ricardo Utzig Nardi解释道。“这听起来显而易见，但研究通常只关注海洋热浪窗口期，这并不能准确反映现实世界的情况。”
Nardi发现，这些更广阔的异常暖水区域可以持续数周甚至数月，而海洋热浪发生在这一较长时期内的某个阶段。在许多情况下，MHW前后的变暖所造成的累积热量暴露与热浪本身一样多，甚至更多。
“在评估变暖事件对沿海和海洋生态系统的影响时，我们不能再孤立地看待海洋热浪，”Mazzini说。“我们必须承认它们所处的更大框架，而这项研究提供了一种实现这一目标的方法。”
数十年的数据揭示了被低估的热应力
研究人员检查了二十年来在美国20个河口记录的超过2,580次MHWs。他们的分析发现，传统评估平均将总热量暴露低估了150%以上，这一差异可能对理解生态系统健康产生重要影响。
“想象一下在阳光下待一段时间，”Nardi在解释累积热量暴露的重要性时说。“你晒伤的风险取决于阳光强度和暴露时间。几分钟可能没什么伤害，但几个小时的暴露会造成损害。海洋生物和温水的情况类似。它们的生物反应不仅取决于水变得有多暖，还取决于这种变暖持续多久。长期的累积热量暴露，特别是与其他压力源结合时，可能会造成某些物种无法生存的条件。”
结果表明，热浪前后发生的暖水异常在很大程度上独立于MHW本身。这一发现挑战了科学家解释热应力的通常方式，并为估算沿海生态系统的总热量暴露提供了一种新方法。
两种类型的海洋热浪浮现
研究人员还将MHWs分为两大类。大约三分之二被归类为“单独”事件。这些事件发生在大约60天的高温期内，且高温延伸至MHW本身之外。
剩下的三分之一被归类为“复合”事件。这些事件与MHWs前后长得多的变暖期（约90天）相关，并产生了比MHW本身产生的累积热量暴露多三倍以上的热量暴露。
“如你所见，这些是极其漫长的热暴露期，”Mazzini解释道。“许多实验室实验通过总共增加几天或几周的温度来模拟海洋热浪。我们的发现表明，虽然这些实验有价值，但它们往往未能捕捉到生物在自然界中经历的长期热暴露。我们的研究为设计反映自然海洋热浪条件并量化累积热量暴露的实验提供了一个新框架，使科学家能够更好地评估海洋热浪对各生态系统的生物学影响。”
重新思考海洋热浪的研究方式
这项工作增加了VIMS与巴滕学院教职人员和研究人员不断增长的MHW研究成果。Mazzini和三年级博士生Nathan Shunk最近发表了一项研究，定义了“垂直海洋热浪”并在海湾中为它们开发了一个分类系统。
去年，Nardi和Mazzini还发表了一项预测美国东海岸MHWs增加的研究。该工作确定了海洋热浪与包括厄尔尼诺和太平洋年代际振荡在内的大尺度气候模式之间的联系。
“这项研究是一个杰出科学的例子，它源于一个关于温度与河口水质条件关系的简单问题，”Mazzini说。“这得益于NOAA的国家河口研究保护区系统及其长期、高频的温度观测。像这样的综合监测项目使我们能够提出更大的问题，并揭示原本会隐藏的模式。”
更长的变暖期可能加剧生态系统压力
这些发现还可以帮助沿海社区和资源管理者更好地了解长期变暖如何影响海洋环境。长时间的异常高水温会加剧其他环境压力，包括低氧条件和有害藻华。
这些压力共同作用，会对从海草床到珊瑚礁的生态系统施加额外压力。在生态评估和实验室实验中纳入MHWs前后的变暖期，可以帮助研究人员对生态系统脆弱性做出更切合实际的估计，并为保护和管理决策提供更好的信息。
“这项研究有可能通过将我们的视野扩大到热浪窗口之外，从而改变我们对变暖水体在生态系统健康中所起作用的理解，使我们考虑温度在时间上的全面影响，”Nardi解释道。“我很兴奋能通过这个新视角发现我们以前可能遗漏的东西。”
随着MHWs变得更加频繁和强烈，测量其全部累积影响对于保护沿海资源和帮助社区为未来的环境变化做好准备可能变得越来越重要。