1.黄海底层冷水研究的重要性
黄海蕴藏着丰富的水产资源和矿产资源,是全球64个大海洋生态系(Large Marine Ecosystems,LME)之一。根据联合国粮食及农业组织(Food and Agriculture Organization,FAO)的统计资料,黄海的年均渔获量是300万吨,约占全球的5%。然而,最近几年,各种海洋环境事故的发生以及全球气候变暖,导致环境污染,同时也对生态环境造成了严重的破坏。海洋环境污染和水产资源的过度开发导致生物资源急剧减少。中国、韩国和朝鲜位于黄海之滨,如果不携手合作,就很难对黄海海域的资源和环境进行有效的管理。因此,为了加强黄海海洋环境保护,实现资源的可持续利用,黄海周边国家应开展合作研究,对黄海进行系统的、大范围的海洋科学调查,积累相关资料。
黄海海洋环境存在三个比较有代表性的水团,即:底层冷水、表层混合水、沿岸水。黄海底层冷水(Yellow Sea Bottom Cold Water,YSBCW),又称为黄海冷水团(Yellow Sea Cold Water Mass,YSCWM),是指位于黄海中部的底层海域,温度低于10℃的冷水团。冷水团形成于海水温度较低的冬季,即使在海水温度较高的夏季,温跃层下面的底层海域也存在着冷水团。研究表明,黄海底层冷水是中华哲水蚤(Calanus sinicus)和太平洋磷虾(Euphausia pacifica)的避暑场所。它们是黄海优势浮游动物的重要食物来源,这就要求我们对该水域的生态系统结构和功能进行研究。在这一背景下,韩国海洋研究院(今韩国海洋科学技术院)与国家海洋局第一海洋研究所从2009年起开始了对黄海底层冷水海洋环境特征的研究。
进入21世纪,全球气候变暖导致黄海水温不断上升。海水温度升高导致黄海底层冷水团的面积和特点发生了一定的变化,并将在很长一段时间内影响黄海的浮游生态系统结构。换言之,黄海水温升高后,桡足纲和磷虾目动物的夏季避暑区域逐渐缩小,而它们是许多水产资源的重要食物来源。从水产资源管理方面来看,这是一个比较重要的问题,要求我们对黄海底层冷水团的变化进行监测。通过对浮游动物(水产资源的重要食物来源)的分布和生产力以及处于它下一级食物链上的浮游植物和海洋环境特点进行调查,可以预测黄海底层冷水的变化对主要鱼类生物量造成的影响。
发源于中国的偏西风经过黄海时与海洋发生相互作用,从而使黄海和黄海底层冷水团对朝鲜半岛的气象变化带来一定的影响。为了开展准确的气象预报,对气候的长期变化进行预测,就需要对全球气候变暖对黄海海洋环境造成的影响进行研究。不仅如此,黄海底层海水的形成还与黄海大陆架沉积层的形成和发展密切相关。黄海底层冷水团的形成时间和特点等信息被记录在位于黄海底层冷水团下方的黄海中部泥质区(Central Yellow Sea Mud,CYSM)。因此,对黄海中部泥质区进行调查,可以帮助我们了解包括黄海底层冷水团在内的整个黄海的古海洋环境变化。
2.韩国的研究情况
在韩国,从事黄海研究的主要是韩国海洋科学技术院、国立水产科学院、仁荷大学等科研单位和高等院校。1983年~1986年,韩国海洋科学技术院(前韩国海洋研究院)承担了“韩国海域综合海洋环境图制作研究-黄海”项目。通过实地调查,获取了黄海的水温和盐分等海洋物理、海洋化学、海洋生物以及海洋地质等资料,通过分析制作完成了黄海海洋环境图。1991年~1994年,仁荷大学承担了科技处的“黄海海洋资源开发研究”项目,阐明了黄海的物理、化学、生物以及地质海洋环境特点,完成了黄海主要资源总量生调查,制作完成了黄海环境图。
1996年~1998年,韩国海洋科学技术院承担了科技部的“黄海海水循环及物质通量研究”项目。根据1994年10月中韩两国政府签署的海洋科技合作谅解备忘录,中韩两国共同推动了该项目的实施。前后共开展了六次黄海海洋环境联合调查,掌握了黄海主要水团的分布及特点,对黄海底层冷水团的空间分布和季节变化有了初步的认识。并且通过布防浮标和海流计,完成了对黄海海水流动特点的观测。1996年~1998年,韩国海洋科学技术院还承担了科技部的“黄海综合海洋观测”项目。通过对水温和盐分、营养盐、溶解氧、浮游植物和浮游动物、鱼类幼苗、底栖生物、沉积物中的重金属、有机物和毒性有机物等环境、生物和地质样品的分析,掌握了春季黄海主要生物的分布情况以及与环境的关系。此外,2002年~2005年,韩国海洋科学技术院还承担了“黄海海况变化预报技术”研究项目,对流经韩国西部沿海和黄海南部海域的海水交换特点进行了研究,并完善了长期海洋观测技术(借助海洋观测浮标)和遥感技术。
从1997年开始,国立水产科学院西海水产研究所每年都与中国国家环境保护总局开展黄海环境联合研究。此外,从1961年开始,每年(六次)定期对黄海沿岸的119个观测站进行调查,积累了重要的海洋资料。
2005年起,黄海大海洋生态系(YSLME)项目开始启动。YSLME项目是联合国开发计划署全球环境基金(UNDP/GEF)资助的一项中韩合作研究项目,范围涵盖了海洋污染、海洋生态、海洋生物多样性、海域管理以及水产等诸多领域。实施YSLME项目是为了保护黄海的生态系统,加强对黄海生物资源的管理。为落实该项目,中韩两国于2008年联合开展了黄海冬季和夏季调查,对黄海下层水域生态系统及底层生态水域进行了研究。此外,在夏季开展的调查中,还对黄海底层冷水团的生态环境和指标生物进行了调查。
通过一系列研究,发表了许多关于黄海底层冷水团的论文。例如,2005年发表在韩国海洋环境工程学会期刊上的《夏季东中国海北部海域黄海冷水团和浮游植物的分布特点》。2006年,发表在《Ocean Science Journal》上的《黄海磷虾目的时空分布以及与环境的关系》。2007年发表在《Marine Environmental Research》上的《黄海桡足纲中华哲水蚤的长期变化》。该论文揭示了最近20年来中华哲水蚤的数量变化,阐明了其与环境和浮游植物之间的关系,指明了全球气候变化导致的海水温度升高和鱼类滥捕是中华哲水蚤个体数量增加的主要原因。2008年发表在《Ocean Science Journal》上的《春季黄海浮游动物的分布及环境特点》。该论文指出了,黄海底层冷水团是决定中华哲水蚤、腹针胸刺水蚤、Acartia omorii和小拟哲水蚤分布特点的环境因素。此外,关于黄海底层冷水团的5篇中韩合作研究论文也已经发表在了2013年的《海洋学报》上。
3.中国的研究情况
中国的黄海底层冷水团研究比韩国开始地早。1958年~1959年和1975年~1976年,中国科学院海洋研究所开展了大规模的海洋底栖生物调查,阐明了黄海的甲壳纲、软体动物以及多毛纲的地理分布与海水循环的关系。该研究结果被用于划分黄海的生物地理学界限。1983年,Liu等专家对渤海湾、黄海北部和南部、东中国海等海域(韩国和朝鲜的西海海域除外)的群落特点、优势种以及生物量等的地理分布进行了分析,阐明了其与黄海的海水循环和物理化学环境特点之间的关系。
十年前,中国开始对黄海底层冷水团进行研究,主要集中在对浮游动物的生理和生态学研究上,对黄海底层冷水团对部分超小型浮游生物的分布造成的影响也有一定的研究。夏季,超小型浮游生物的数量比较大的浮游植物(大于20㎛)多。从生物量的垂直分布来看,温跃层和表层海域分布较多。从生物量的水平分布来看,黄海底层冷水团海域的生物量相对较少。即,黄海底层冷水团直接影响超小型浮游生物的中尺度分布特点。
中国在开展China-GLOBEC (China-Global Ocean Ecosystem Dynamics)的过程中,从水动力学的角度对黄海底层冷水团的中华哲水蚤的分布和种群进行了研究。该研究主要是为了揭示夏季黄海底层冷水团的生态学作用,而研究结果也证明黄海底层冷水团有可能是中华哲水蚤的夏季避暑场所。此外,从2001年起至今,中国还持续开展了对黄海的中华哲水蚤和太平洋磷虾的中尺度时空水平和垂直分布特点、生理学特点、气候变化导致的生态系统结构变化的研究。
2011年11月,第五届中-日-韩“海洋生物地球化学与生态系统整合研究”(Integrated Marine Biogeochemistry and Ecosystem Research)学术研讨会在上海召开,会上发表了许多关于黄海底层冷水团的论文。Xue专家认为,一般而言,溶解氧(DO)浓度低的地方,pH值也低。但是,在黄海底层冷水团,溶解氧浓度高的地方,pH值低。低温在一定程度上影响了呼吸,从而导致溶解氧浓度高。而pH值低则与盐分有关。厦门大学的Lin教授作了关于“黄海底层冷水团微生物食物环(microbial loop)内异养生物-微小鞭毛纲群落(HNF)的分布与营养学作用”的报告。他认为,在富营养化条件下,HNF与细菌的关系不是很大,或与coupling无关。此外,中国海洋大学的Zhao教授等人认为,聚球藻(Synechococcus)和异养细菌的分布模式受水温的影响,而且黄海底层冷水团中的超小型浮游生物较少。
4.中韩合作研究
我们常说,世界只有一个海。虽然海的名字不同,但是全世界共享一方海水。所以,世界只有一个海。国与国之间有国境线,并对出入境进行管理。然而,对于生活在大海中的海洋生物来说,对它们出入境进行管理却不太可能。黄海大概是世界上渔业活动最频繁的海域,中韩两国的许多大城市都分布在黄海之滨。因此,中韩两国十分关心水产资源的枯竭和海洋污染问题。保护黄海的海洋生态系统,对生物资源进行管理,这就需要黄海周边国家协力合作。中国、韩国和朝鲜都濒临黄海,应该加强合作。然而,因为政治方面的原因,目前来看,只能先推动中韩两国之间的合作,待时机成熟再与朝鲜开展合作。
中韩两国以中韩海洋科学共同研究中心(以下称为“中韩中心”)为平台推动了一系列交流与合作。设立中韩中心的设想始于大约20年前。1993年9月,国家海洋局第一海洋研究所(FIO)和韩国海洋研究院(KORDI,今韩国海洋科学技术院)签署了海洋科技领域的合作谅解备忘录。1994年10月,国家海洋局与韩国科技处签署了海洋科技合作谅解备忘录。并于1995年5月签署了《关于设立中韩海洋科学共同研究中心的协议书》。根据该协议书,中韩两国在青岛成立了中韩中心。由中方提供办公场所,韩方提供运营经费,研究经费由中韩双方共同负担。中韩中心的成立,为中韩两国开展合作研究打下了坚实的基础。
2008年12月,国家海洋局第一海洋研究所与韩国海洋科学技术院达成协议,双方决定共同开展“黄海冷水团海域生态系统及生物多样性调查”这一合作研究课题。该课题的主要研究内容包括:水温和盐分特点、时空变化下冷水团面积的变化、冷水团深层海流和环流特点、冷水团海域上升流等黄海底层冷水团的物理特点、浮游生态系统的结构、黄海冷水团的指示种、生物地球化学循环、初级生产力、表层沉积物对底栖生态系统的影响和生态学特点、冷水团的变化对生态系统的影响评价和预测等。研究方法包括联合调查和观测、数据分析、数值模型研究,并且联合召开学术研讨会。利用船舶开展联合观测时,原则上是选取两个剖面(涵盖了黄海冷水团的中心海域),开展物理、化学、生物及沉积学等多学科观测,每年夏季由中韩两国搭乘对方科学家,联合开展航次调查。若两国政府不批准,则由双方利用各自的科考船,对各自国家的领海进行调查。
2013年6月27日,中韩两国政府在北京召开了中韩海洋科技合作谅解备忘录修订仪式。双方决定加强在气候变化、海洋灾害、海洋生物利用及海洋装备等多个领域的海洋合作,强化中韩海洋科学合作的唯一机制-联合委员会的作用,每两年召开一次局长级会议,推动该谅解备忘录合作事项的顺利开展。2015年是中韩中心成立20周年纪念日。届时,中韩两国将召开一系列纪念性的学术会议,并发行20周年庆典白皮书。根据国家海洋局第一海洋研究所和韩国海洋科学技术院签署的海洋科技合作谅解备忘录,双方在海洋生物领域的合作主要围绕海洋生态系统和环境保护监测、海洋生物资源和生物工程开展。
如今,中韩中心已经走过了将近20个年头,中韩两国科学家之间的交流也十分地密切。然而,因为诸多方面的原因,双方的合作研究也存在一定的问题,有待于进一步强化。例如国家海洋局第一海洋研究所和韩国海洋科学技术院共同承担的黄海底层冷水团课题。最初,双方决定邀请对方科学家一起乘船轮流开展联合航次调查和数据分析,共同撰写论文。然而,实际上,由于没能获得政府的批准,双方利用各自的科考船单独开展调查,并对数据进行分析,每年召开联合学术研讨会,交流研究成果和相关数据资料。2009年在中国海南、2010年在韩国海洋科学技术院南海研究所、2011年在中国珠海、2012年在韩国釜山召开了联合学术研讨会,发表了40多篇黄海底层冷水团方面的论文。2013年双方决定在中国召开联合学术研讨会。为了推动合作研究的有效开展,中韩两国的科学家应该一起开展现场调查、数据分析、论文写作等方面的合作。为此,两国政府应当出台相应的外交措施,保证两国科学家可以实现联合乘船调查。
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金雄西:1958年出生于韩国首尔,韩国海洋科学技术院深海资源研究部研究员、国际海洋矿物学会(IMMS)理事、《Ocean and Polar Research》编辑委员、科技联合大学(University of Science & Technology)教授。毕业于纽约州立大学(海洋生态学博士)。曾担任韩国海洋科学技术院副院长、国际海底管理局法律技术委员会委员、国土海洋部部长政策顾问委员会委员、国家海洋博物馆运营顾问委员会委员等职务。