小苏: 我们在“苏峰读海”之13《三问闽南上升流》曾聊到福建海洋界三十年来对台湾海峡上升流系持之以恒的观测研究。记得欧洲海洋生态学家Margalef曾经如此界定上升流生态系：“上升流中心与周围区域的耦合，是一个不太成熟的亚系统（上升流中心）和一个较为成熟的亚系统（大洋区域）之间扩展了的中间相的典型例子。..... 在上升流中心，较不成熟的，机会主义的物种，或是r策略物种会占优势”。这个戴着“机会主义”帽子，却对台湾海峡海洋生态乃至海洋渔业至关重要的“不太成熟的亚系统”究竟存在什么年代际甚至更长周期的演化趋势，能否通过几千年以来形成的沉积记录一一披露？
老海：首先值得关注的是沉积柱样中保留的古温度记录。在边缘海尺度内，沿岸流和上升流都是带有独特的海温信号的海流。目前广泛应用的古海温代用指标是生物标志化合物指标。最常用到的首先是海洋定鞭藻合成的长链烯酮的不饱和度指标UK’37。生活在海洋上层水体中的定鞭藻（比如“海洋碳埋藏功臣”颗石藻）会根据生长水体温度调节合成细胞膜成分C37烯酮的双键个数，即高温条件下富集C37:2烯酮，而在低温条件下合成具有更多不饱和键的C37:3和C37:4烯酮。藻类培养实验证明UK’37指标与培养池表层海温的线性相关关系，可以用于古海温的，准确地说是叶绿素最大季节与叶绿素最大带的古海温重建。另一种常用的指标是海洋古菌细胞膜的组成成分类异戊二烯甘油二烷基甘油四醚（iso-GDGTs）。该分子含有0~4个五元环状结构，培养实验表明五元环的个数会随温度的升高而增加。因此提出了基于iso-GDGTs与温度的关系重建古海温的四醚类化合物指标TEX86。相比起浮游植物光合作用产物的UK’37，高丰度iso-GDGTs可在较深的水柱位置和较宽的时间窗口内检测到，因此TEX86指标所反演的古海温度代表着更大时空范围的古菌分布水层的温度信息。也就是说，多以聚团效应从真光层快速沉降的颗石藻所携带的UK’37指标，与大部长期悬浮在海水中沿等密面长程漂移的古菌所携带的TEX86指标，在感温窗口的时空代表性，就如温度计挂在了哪一层，观测积分水块有多大等方面均具有明显的区别，并带来一系列应用方案的争论。
小苏: 在台湾海峡，以及它所连通的南海和东海，什么年代开始有了沉积物古海温生物标志化合物指标的观测？
老海：我想应归于1987年启动的“中西德南海地球物理学和东海、南海地球化学与沉积合作调查”的推动。这项联合科学考察是根据1986年《中国和联邦德国海洋科技发展合作议定书》双方议定，由德国科学调查船“太阳号”分航次执行的，国家海洋局第二海洋研究所金翔龙任中方首席科学家（图1），联邦德国地球科学与自然资源研究所K. Hinz任德方首席科学家。1987年5月至7月首期在南海中部执行的第49航次，调查项目就包括48道反射地震、重力、地磁、多波束海底测扫、水深测量、3. 5KC浅地层剖面、地热、柱状取样、重锤式拖网取样及地球化学现场测试，共完成总长 4112公里的地球物理测量剖面，地热站位9个，柱状取样16个（取芯总长 95. 5米），还有 21 个站位拖网取样和17 个地球化学站的测量工作。项目关于南海沉积柱样古海温的生物标志化合物指标分析，交由国家海洋局第二海洋研究所唐运千领衔的有机地球化学研究组完成的。其中，郑士龙等1991年发表的“南海及冲绳海槽表层沉积物中长链不饱和脂肪酮的检出”一文，至今仍被同行们认为是“首次检出了南海表层沉积物长链不饱和酮”的标志性文献。到了2009年来自不同研究机构的研究组已经累计发表了15个柱样的 UK’37序列，其中14个已并行测量了有孔虫δ18O序列。
图1 1989年金翔龙（左一）在联邦德国地球科学与自然资源研究所（BGR）讨论地震记录（载于：王攀：《强海国士：中国工程院院士金翔龙传记》，海洋出版社 2017 版）
小苏: 南海的第一批柱样UK’37序列，反映出怎样的古温度共性规律？
老海：为了验证UK’37序列与有孔虫δ18O序列的古海温重建能力，这批柱样都采自在碳酸钙溶解作用影响深度之上的南海海盆和陆坡海底。到了2008年，同济大学赵美训有机地球化学研究组在《科学通报》上以“南海北部MD05-2904沉积柱状样26万年以来表层海水温度及陆源生物标记物记录”为题，已能发表出堪称完美的 UK’37古海温序列（图2）。这条与大洋底栖有孔虫δ18O序列古温度序列和南极冰芯气泡中CO2浓度序列变化规律均很相似的古海温序列，一是说明经过近20年发展后的生物标志化合物指标观测质量已经相当稳定可靠，二是证实南海海盆与陆坡表层温度序列基本与全球变化同步。
图2 贺娟, 赵美训, 李丽, 等发表的南海北部MD05-2904沉积柱状样26万年以来 UK’37古海温序列截图（曲线a）（载于：《科学通报》2008年第53卷第11期，第1327页）
小苏: 南海海盆与陆坡的古温度序列受全球变化主导，南海北部陆架受到沿岸流和上升流等近岸流系活动影响区域的古海温序列又有什么不同的特点？
老海：香港大学柳中晖团队的孔德明等2014年发表了题为“The development of late Holocene coastal cooling in the northern South China Sea”的论文，发现香港沿岸柱样的UK’37重建海表温度近2600年来一直下降，并在距今600年前突降，以南海北部陆坡柱样同时期 UK’37重建海表温度为参照，近8000年来沿岸表层水体相对陆坡表层水体的降温差值，带着年代尺度至世纪尺度波动而逐渐扩大，200年前达到2°C左右的峰值（图3）。
图3 孔德明等发表的南海北部陆坡17940和NS02G柱样，香港沿岸HKUV16柱样的UK’37重建海表温度序列，以及沿岸相对陆坡降温差值ΔSST序列的截图（载于：D Kong, Y Zong, G Jia, G Wei, M-T Chen, Z Liu. 2014. The development of late Holocene coastal cooling in the northern South China Sea. Quaternary International 349:300-307.）
小苏: 沿岸至陆坡海表温度梯度的变化确实是相当显著。文中将该千年尺度变化归因东亚冬季风增强，相当于冬季沿岸流南下冷水影响的增强。但是东亚夏季风增强所支持的风生上升流系，也会导致沿岸表层水体的降温呀！
老海：UK’37重建海表温度的南海北部沿岸偏冷信号，究竟是冬季南下冷水沿岸流，还是夏季底层冷水上升流主导的问题，柳中晖团队内部一直在推敲。孔德明等2015年发表的“Cooling trend over the past 4 centuries in northeastern Hong Kong waters as revealed by alkenone-derived SST records”论文，特意选择了上升流影响更典型的香港东北方向大鹏湾至湾顶吐露港三个柱样，经与南海北部陆坡NS02G柱样的UK’37重建海表温度、西沙珊瑚礁锶钙比重建的古温度序列，以及香港天文台器测风场数据的比较，发现用东亚夏季风驱动风生上升流导致沿岸水体降温的解释，比起东亚冬季风驱动沿岸流导致沿岸水体降温的解释更为合理。于是修正了孔德明等2014年论文的看法，明确提出“过去4个世纪内 UK’37与海表温度之间的变化，反映了大鹏湾海域由东亚夏季风事件引发的上升流活动强度变化。这一显著的降温现象表明，东亚夏季风事件的强度从小冰期时期至今有所增强”。
小苏: 若只取到一个沿岸柱样，可否筛选出沿岸相对陆坡降温差值序列的替代算法，提取上升流系演变信息呢？
老海：中山大学张彦成等2021年发表的“Asian Winter Monsoon Imprint on the Water Column Structure at the Northern South China Sea Coast”一文，曾对比过夏季底层涌升冷水尚未触及海表的南海北部粤西上升流阳江近海YJ站的UK’37与TEX86重建海表温度的差值（图4c），以及YJ站与陆坡NS02G站的UK’37重建海表温度差值（图4d），可见这两条千年跨度的曲线高度线性相关。显然，叶绿素最大带优先的UK’37与时空代表范围广泛的TEX86之间的重建海表温度差值序列，亦可替代沿岸相对陆坡降温的差值序列，用于上升流系强度长周期演变的分析。
图4 张彦成等发表的南海北部粤西上升流阳江近海YJ站的UK’37与TEX86重建海表温度的差值序列（c），以及YJ站与陆坡NS02G站的UK’37重建海表温度差值序列（d）截图（载于：Y Zhang, K Zhu, C Huang, et al. 2021. Asian Winter Monsoon Imprint on the Water Column Structure at the Northern South China Sea Coast. Frontiers in Earth Science 9:680180.）
小苏: 哦，一个台湾海峡古上升流强度分析案例已经采用过这条路线！浙江大学何毓新等2018年在《The Holocene》上发表了题为“Late-Holocene variation in vertical thermal gradient from the coastal East China Sea: Links to monsoon climate and coastal upwelling”的论文，介绍平潭上升流东侧64 m深槽柱样THB-2的UK’37与TEX86重建海表温度序列（图5a,b），作者们就是利用它们之间的差值序列去分析近3000年来的平潭上升流强度演变！
图5 何毓新等发表的台湾海峡平潭上升流东侧深槽THB-2站的UK’37重建海表温度序列（a）与TEX86重建海表温度序列（b）截图（载于：Y He, B Hu, J Li, H Lu, H Yan, L Dong, X Zhou. 2018. Late-Holocene variation in vertical thermal gradient from the coastal East China Sea: Links to monsoon climate and coastal upwelling. The Holocene 29(2):209-218.）
老海：何毓新等2018年那篇论文的评估基础是垂向温度梯度。该论文巧妙地运用UK’37重建海表温度代表上层水温，而用TEX86重建海表温度代表下层水温，将前一序列减去后一序列的差值序列ΔT表示该海域的垂向温度梯度序列，再引用青岛海洋地质研究所胡邦琦等2014年论文发表的同一柱样海源颗粒有机碳δ15N序列进行验证，力求提取出上升流强度的千年演变过程（图6）。可惜何毓新等2018年论文的垂向温度梯度判据建立在“垂向温度梯度低时上升流较弱，垂向温度梯度高时上升流较强”的假设之上，明显背离了物理海洋学经典的“上升流越强，上升流中心涌升水的通气窗口越大，垂向温度梯度越低”上升流模式，也与香港大学姜佳玮等2025年在“闽浙泥质区海表温度重建揭示过去两千年夏季沿岸上升流强度变化”一文归纳的“在气候温暖时期，UK’37-SST出现了较低值，且UK’37-SST与TEX86温度记录的差值减小——这些记录共同指示了在夏季沿岸上升流增强的时段，水体混合增强，水柱垂直温度梯度减小”的普适判据南辕北辙！另外，胡邦琦等2014年论文的海源颗粒有机碳δ15N判据建立在上升流中心“上升流越强，浮游植物水华频率越高，沉积的海源颗粒有机碳δ15N越高”的逻辑链之上，但论文图8那张显示THB-2柱样海源颗粒有机碳含量与海源颗粒有机碳δ15N显著负相关的散点图，却说明海源颗粒有机碳δ15N的低值时段才是兼具高有机碳汇与弱氮限制的强上升流时段！
小苏: 假如这个普适判据成立，图5灰色竖条标出的UK’37重建海表温度低谷的涌升水“通气”时段，就可与图6灰色竖条标出的低垂向温度梯度且低海源颗粒有机碳δ15N时段相符合，一致指向平潭上升流的强化时段。但是，如何解释此时由TEX86重建海表温度序列（图5b）所代表的下层水温，反而出现相对高值呢?
图6 何毓新等发表的台湾海峡平潭上升流东侧深槽THB-2站的UK’37与TEX86重建海表温度差值ΔT序列与海源颗粒有机碳δ15N序列对比（a）截图以及加注的包络线（载于：Y He, B Hu, J Li, H Lu, H Yan, L Dong, X Zhou. 2018. Late-Holocene variation in vertical thermal gradient from the coastal East China Sea: Links to monsoon climate and coastal upwelling. The Holocene 29(2):209-218.）
老海：这个问题问得好——冷水上来的同时，下层为什么反而热了？这是要解开的第一个扣。姜佳玮等2025年论文也为台湾海峡平潭上升流THB-2站沉积柱晚全新世UK’37-SST和TEX86温度记录这种“大致呈反相变化”而困惑呢。厦门大学江毓武等据长序列观测数据与数值模型相结合的物理海洋学分析发现，台湾海峡存在近岸季风驱动和浅滩地形诱导两类上升流机制，再叠加上潮混合作用贡献，共同支持着上升流中心区冷水的表层露头。平潭上升流发育于台湾海峡狭管强潮区，突出了真光层暖水加热下部涌升冷水的潮混合作用贡献。
小苏: 但是与列于图5和图6下部的冬哥洞石笋δ18O所代表的夏季风强度曲线比较，除了最近100年来的灰色竖条以外，350-750 a BP和1200-1550 a BP前两个灰色竖条时段并未出现显著的强夏季风记录，这又如何理解呢？
老海：台湾海峡存在明显的北向背景流场，非风驱动因素的调制作用，比如环流与地形相互作用的诱导，对上升流强度的影响乃不可忽视。这是个具有三维变化的海峡上升流模式，单一垂直二维风生上升流模式解释可能引入归因分析的偏差。
小苏: 若将姜佳玮等2025年发表的浙江上升流中心T08-A柱样过去2000年的UK’37与TEX86重建海表温度序列，与何毓新等2018年发表的平潭上升流东侧深槽THB-2站同期重建海表温度序列进行比较（图7）。四条曲线中只有浙江上升流UK’37序列与平潭上升流TEX86序列线性正相关，而浙江上升流TEX86序列却与黑潮海域的UK’37序列线性正相关。是什么内在物理机制支持着这种遥相关逻辑链的存在？
图7 平潭上升流THB-2站UK’37与TEX86重建海表温度序列（c,d）与浙江上升流T08-A站UK’37与TEX86重建海表温度序列（a,b）的对比（修改自姜佳玮等，载于：《第四纪研究》2025年第45卷第2期，第583页）
老海：这与图4所示张彦成等2021年论文中关于粤西上升流YJ站的UK’37与TEX86重建海表温度的差值，与YJ站与陆坡NS02G站的UK’37重建海表温度差值高度线性相关的案例，逻辑关系是一样的，即TEX86重建海表温度序列携带着周边相对开放海域的UK’37重建海表温度信号。
小苏: 比较图7中最具开放海域特征的浙江上升流TEX86重建海表温度（图7b），与最接近上升流中心特征的平潭上升流UK’37重建海表温度（图7c），近2000年来东海前缘的开放海域升温了2度，台湾海峡平潭上升流则降温了1度，这一“外暖内冷”的温度记录提示，边缘海暖化背景下的台湾海峡上升流可能增强，这种海温负反馈关系似为一个值得进一步探索的海洋学现象。
老海：是的。若为图6的平潭上升流曲线族添加了包络线，近3000年来随着冬哥洞石笋夏季风作用曲线振荡幅度的逐渐增强（图6c），UK’37与TEX86重建海表温度差值ΔT序列与海源颗粒有机碳δ15N序列下包络线表示的上升流强度“摸高”与上升流氮营养盐“供给自由”则一路增强（图6a），平潭上升流沉积界面的烯酮和iso-GDGTs 基线通量也不断增加（图6b），从全球暖化到近岸上升流生态系统的千年尺度强化趋势的逻辑链十分清晰。“以史为鉴，可以知兴替”，我们对台湾海峡的百年观测，业已取得了科学模型认识的明显突破，如果再充分发挥沉积柱样中保留的古温度、古营养条件、古有机沉积通量信息，肯定有利于我们跨越时空，全面审视和探索这片重要的“不太成熟的亚系统”（上升流中心）海域。三千年涌升，冷暖有凭；百年观测，兴替可验。
致谢 感谢程鹏、杨阳和白晓林等老师对初稿的细心阅读以及从沉积学与物理海洋学视角提出的宝贵建议。
参考文献
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文| 李炎
编辑| 李灿如
