气候变化对海洋有着深远的影响，包括海水温度升高、酸性增强、含氧量降低。此外，海洋吸收了大量大气中的二氧化碳，而二氧化碳是阳光照射下浮游植物生长的必需成分。所有这些变化都会影响海洋生物，但要确切了解它们是如何变化的却极具挑战性。

关于气候如何影响渔业的一系列新数据

现在，美国国家科学基金会国家大气研究中心 (NSF NCAR) 的科学家们将多个最先进的计算机模型连接在一起，详细描绘了大气条件如何影响海洋，海洋又如何影响浮游植物和浮游动物的生长，以及最后以浮游动物为食的小鱼(以及以浮游动物为食的大鱼)受到了怎样的影响。

最终，我们获得了极为丰富、高分辨率的全球数据集，该数据集涵盖数十年，有助于解答一系列有关海洋变化的科学问题。最终，这项工作为更好地预测气候变暖对渔业的影响奠定了基础，这是支持可持续管理的关键信息。

“我们非常高兴能够公开这些海洋数据集，”领导这项研究的国家科学基金会 NCAR 科学家 Kristen Krumhardt 说道。“有太多问题需要解答。”

新数据集的详细信息已发表在《海洋学进展》杂志上，该数据集可供社区免费使用。这项工作依赖于夏延和 Frontera 超级计算机。

令人惊叹的模型

大气状况会对海洋产生重大影响。例如，海洋吸收了人类每年产生的二氧化碳排放量的约 25%，以及与这些排放相关的所有大气变暖的 90%。即便如此，地球系统建模工作产生的模拟结果通常不会产生可轻松转化为有关渔业的有用信息的海洋数据。

部分原因是海洋模型通常以低分辨率运行(网格点之间约 100 公里)，无法捕捉对海洋生物非常重要的漩涡和较小的海洋特征。默认情况下，海洋模型不会模拟生物地球化学，生物地球化学是生物学、化学和地质学的混合体，旨在描述元素在海洋、岩石和生命中的复杂循环。

尤其是，通过模拟海洋生物地球化学，科学家可以模拟海洋的净初级生产力，即在阳光照射下将碳和无机营养物(生命的基石)转化为浮游植物的能力。净初级生产力信息对于了解渔业至关重要。

在这项新研究中，科学家使用了基于 NSF NCAR 的社区地球系统模型第 2 版(CESM2)来模拟海洋，其分辨率是 1958 年至 2021 年期间典型分辨率的 100 倍。科学家控制大气以模仿历史条件，然后让模型的海洋组成部分做出反应。

这项工作包括一个新更新的生物地球化学模型，称为海洋生物地球化学库 (MARBL)。MARBL 允许四种浮游植物以及两类浮游动物生长。这些划分很重要，因为鱼类只以较大的一类浮游动物为食。

有了关于气候如何影响海洋条件(包括浮游植物的生长和浮游动物的摄食)的丰富数据，研究人员就拥有了构建一个单独的渔业模型(称为渔业规模和功能类型模型，简称 FEISTY)所需的数据。该模型最初是在地球物理流体动力学实验室开发的，该实验室是普林斯顿大学和 NOAA 的合作项目。

“对我来说，这是一个惊人的模型，”克鲁姆哈特说。“鱼可以从一个尺寸长到另一个尺寸，一旦它们长到最大尺寸，它们就可以繁殖，就像在现实生活中一样。”

FEISTY 模型根据鱼类的栖息地对它们进行分类：底栖鱼类，以海底为食;远洋鱼类，生活在水体顶部。远洋鱼类进一步细分为饵料鱼(不会长得很大，如凤尾鱼)和体型较大的鱼类(如金枪鱼)。该模型让研究团队能够详细了解数十年来大气变化可能如何影响鱼类群落。

“我们根据大气的变化情况，重建了海洋的变化，”克鲁马特说。“我们通过多种方式验证了结果，包括查看卫星图像，了解浮游植物的繁殖情况，以及分析一段时间内的捕鱼记录。”

克鲁姆哈特表示，该项目得出的数据集可供研究界免费使用，可用于回答各种有趣的问题，包括研究海洋热浪、海洋酸化和海冰变化在过去如何影响渔业。

该数据集将使研究人员能够更好地描述气候与渔业健康之间的联系，并最终为预测未来气候变暖背景下渔业状况奠定基础。