AI遙測研究顯示全球海洋“漂浮藻類”爆發式擴張趨勢

最新一項利用人工智能技術完成的全球性遙感研究顯示，世界各大洋表層的漂浮藻類正在迅速擴張，標志著海洋生物系統或正經歷一次深刻轉變。研究團隊指出，這一趨勢與海水溫度、洋流以及營養鹽格局的變化密切相關，未來可能對海洋生態、旅游業和沿海經濟帶來廣泛影響。該研究由南佛羅里達大學和美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）的科學家牽頭完成，凸顯出人工智能在處理超大規模海洋觀測數據方面的關鍵作用。

這是科研人員首次在全球尺度上對海面漂浮藻類進行系統分析，涵蓋大塊宏觀藻類浮筏以及微藻表層薄膜，并給出了過去二十年間其分布與變化的整體圖景。論文通訊作者、南佛羅里達大學海洋科學學院海洋學教授胡傳敏表示，研究結果顯示，當今全球海洋環境整體上已更有利于漂浮大型藻類的生長。他指出，在公海環境中，諸如海草、褐藻等宏觀藻類可以為多種海洋生物提供棲息地，充當漁業重要的育幼場所，具有生態正面作用。但一旦這些藻團被洋流輸送到近岸地區，其大量死亡腐爛會對旅游景觀造成破壞，沖擊當地經濟，并威脅沿海居民和海洋生物健康。

研究利用2003年至2022年的衛星觀測數據，發現全球范圍內海面微藻薄膜和漂浮宏觀藻團都呈增長趨勢。統計顯示，微藻覆蓋面積以每年約1%的速度穩步增加，而宏觀藻類在部分海域則呈現遠為迅猛的擴張，在熱帶大西洋和西太平洋地區，其年增幅高達13.4%，尤其在2008年之后增速明顯加快。截至研究期末，全球海面微藻暴發區的總面積已達4380萬平方公里（約1690萬平方英里），明顯偏離以往的歷史分布格局。研究團隊認為，這些數字指向的是一次從“貧宏藻”海洋向“富宏藻”海洋演替的“體制轉折”。

從時間線上看，宏觀漂浮藻類的大規模暴發在2010年前后出現多個關鍵拐點。2008年，黃海首次記錄到大規模綠色海藻“滸苔”暴發；2011年，熱帶大西洋發生大面積褐藻馬尾藻（Sargassum）暴發；2012年，東海海域又出現大規模馬尾藻事件。胡傳敏指出，在2008年之前，除傳統意義上的馬尾藻海外，幾乎沒有其他區域出現過如此大規模的漂浮宏觀藻團暴發。如今，類似事件在多個洋區反復出現，使得研究者有理由認為，全球海洋正在進入一個以漂浮宏觀藻類高豐度為特征的新階段。

這項工作之所以得以完成，關鍵在于深度學習等人工智能技術的應用。研究團隊針對13個典型海域、5種不同類型的漂浮藻類，訓練了一個深度學習模型，對約120萬幅衛星海洋圖像進行逐像素識別。漂浮藻類在單幅衛星圖像中往往只占一個像素中的極小部分甚至不足1%，且空間分布高度零散，因此在傳統算法下極易被噪聲淹沒。通過對細微“視覺信號”的自動提取和分類，AI 模型得以在全球尺度上篩查出這些難以人工識別的藻類痕跡。

論文第一作者、美國國家環境衛星數據與信息服務中心（NESDIS）衛星應用與研究中心的海洋學家齊林在前期團隊模型的基礎上進行了改進，使其能夠高效處理長達20年的全球海洋遙感數據。模型訓練本身就耗費數月時間，同時需要對數以百萬計的圖像特征進行分析與優化。研究還依托南佛羅里達大學研究計算中心提供的高性能計算平臺，實現多組圖像的并行處理，即便在此基礎設施加持下，完整跑完120萬幅圖像的分析任務仍然耗時數月。齊林強調，如果沒有這一計算平臺以及 NOAA 與南佛羅里達大學間長期穩定的合作，這項工作幾乎不可能完成。

在驅動因素方面，研究認為，人類活動和氣候變化是導致漂浮藻類暴發擴張的兩大主因。來自河流和沿海地區的營養鹽徑流被持續輸送入海，使得海水表層氮、磷等營養元素含量上升，為藻類提供充足“肥料”。與此同時，全球變暖導致海洋持續升溫，改變了海水分層結構和洋流格局，在部分海域創造了更適宜藻類快速繁殖的熱力和動力條件。研究團隊指出，具體驅動機制在不同地區可能存在顯著差異，需要結合更多區域性的觀測和模擬加以拆解。

從生態層面看，漂浮宏觀藻團一方面為包括馬尾藻魚在內的多種海洋生物提供庇護場所，提升局地生物多樣性和漁業資源量；另一方面，其向近岸輸送時產生的大量腐殖物質會造成海灘“被藻淹沒”，并在分解過程中消耗溶解氧、釋放有害氣體，加劇近岸水體富營養化和缺氧風險。對依賴海濱旅游的沿海社區而言，藻類大面積堆積不僅破壞景觀，還會推高清理維護成本，對酒店、餐飲等相關行業造成連鎖沖擊。在一些低收入沿海地區，這種生態事件與氣候壓力疊加，對脆弱社區的生計安全構成額外挑戰。

面向未來，研究團隊計劃進一步整合更多衛星觀測數據，以細化不同海區、不同藻種的擴張模式，并嘗試將 AI 識別結果與數值海洋模型耦合，以提高對漂浮藻團形成、漂移和登陸的預測能力。齊林表示，下一步的工作將聚焦于厘清各區域主要驅動因子的相對權重，為沿海治理和適應性管理提供更具針對性的科學依據。據介紹，這項研究以“全球漂浮藻華正在擴張”為題，已于2025年12月發表于《自然·通訊》，進一步凸顯了在氣候變化背景下海洋表層生態格局的快速重塑。