随着全球气温上升，海洋温度也会上升。海洋吸收了世界上约90%的多余热量，这导致海洋环境发生超出温度范围的变化，使某些地区不再适合某些海洋物种居住。研究人员正在努力了解和预测这些环境变化将如何影响海洋栖息地的变化。包括康涅狄格大学海洋科学系研究人员陈卓敏(Jasmine)和萨曼莎·西德莱基(SamanthaSiedlecki)在内的一组科学家正在共同努力改进对不同海洋物种栖息地变化的预测。他们的研究结果发表在《自然通讯》杂志上。

随着海洋物种寻找适合其生存和满足其他基本生态活动(如生长、摄食和繁殖)的环境，栖息地发生变化或缩小。预测这些变化的能力对于政策制定、研究和帮助渔业应对不断变化的环境具有巨大价值。

Chen解释说，多学科团队根据关键代谢指数与一套年代际预测系统​​相结合，预测了11个北美大型海洋生态系统(LME)上层600米的不同海洋物种的年际至年代际栖息地变化。

该指数是由另一个研究小组之前开发的，它表明栖息地的生存能力;年代际预报系统称为国家大气研究中心开发的社区地球系统模型-年代际预报大集合(CESM-DPLE)。

“目前，海洋物种栖息地预测通常相对狭窄地关注影响物种分布的环境变量，通常使用温度作为生态位预测的主要或唯一决定因素。然而，我们的工作打破了这一传统，强调氧气在引发海洋栖息地变化方面发挥作用的潜力，”陈说。

海洋生物生存能力的更高可预测性

当氧气含量低时就会出现缺氧情况。研究人员重点关注具有两个关键代谢特征的物种——缺氧脆弱性的温度敏感性和缺氧耐受性，这两个特征都在代谢指数框架内定义，并使用先前发布的实验室和现场数据针对多种物种进行了确定。他们专注于分为三个不同组的物种，称为生态型，根据它们的温度敏感性和代谢需​​求，他们指定了低、中和高。

“代谢指数最初被定义为环境氧气供应与生物体静息代谢需求的比率，其中考虑了氧气可用性和温度影响。为了使海洋栖息地在代谢上可行，该比率必须大于临界值1。“静息代谢或大于活动代谢的大于1的临界值。因此，在这项研究中，我们重点关注标准化代谢指数，以实现静息代谢和活动代谢的一致临界值。”Chen说。

通过选择具有低、中、高温敏感性状和相同耐缺氧性状的代表性生态型，研究人员发现这些性状对应于空间上不同的可行生境分布，以及它们在水平和垂直方向上的年际变化，整合氧气和温度等环境变量的空间差异和年际变化。

陈说，结果表明，中高温敏感物种的生存栖息地的年际变化通常是经向的，这表明该物种的生存栖息地会向北收缩，南部边界会因气候变暖或缺氧而向北后退。而低温敏感物种的生存栖息地不仅在北部高纬度地区有经向收缩，而且在北美西南海岸也有纵向移动。

研究人员发现，CESM-DPLE系统与生态生理框架相结合，对11个北美大型海洋生态系统中不同海洋物种的栖息地活力提供了比简单持久性预测更高的预测能力，几乎在所有地方和每个领先年份，提高了主要在地下的可预测性。

随着栖息地的变化，更需要准确的预测

陈说，不同地区可能有不同的环境驱动变量，这些变量对可预测性有主要贡献。研究人员使用一种称为泰勒线性分解的方法来更仔细地观察变量，以找出每个大​​型海洋生态系统中可预测性的驱动因素。在大多数情况下，氧气是可预测性的主要驱动因素，特别是对于东北太平洋地区，但并非总是如此。

“我们确实确定了一些区域，例如白令海东部的内陆架，对氧成分的可预测性的贡献有限，但温度成分对于这些区域的可预测性相对占主导地位，”陈说。

陈解释说，对于东北海岸，温度成分是可预测性的重要甚至决定性驱动因素，这可能是因为这些高纬度地区的强烈通风过程导致了对栖息地生存能力的氧气限制的放松。

陈解释说，通过使用年代际预测系统​​结合生态生理机制框架，栖息地预测产品可以充分用于海洋生物资源管理和决策，以应对海洋条件的变化。

“我们主要关注年际至十年间的时间尺度，这是决策和海洋资源管理非常重要的时间范围，以减少影响，提高复原力，并在面对不断变化的海洋条件时最大限度地发挥海洋生物资源的价值。”

预测可行栖息地的空间分布对于栖息地转移等事情将变得越来越重要。例如，陈说，向北的栖息地收缩可能会使某些港口无法捕鱼，而向南的栖息地扩张则开放了需要为处理登陆做好准备的港口，这些可能会影响渔业。陈说，还需要考虑重大的生态影响。

“物种由于不同的代谢特征(例如不同的温度敏感性特征)而产生不均匀的空间和垂直栖息地变化，可能会导致猎物-捕食者动态和生态系统结构发生重大变化，例如南方和北方的生存栖息地重叠银鳕鱼以幼鱼为猎物，成鱼为捕食者，这可能会影响渔业的资源可用性，需要利益相关者进行适应，”陈说。