对于加州中央海岸，风不仅仅是天气。春季和夏季为加利福尼亚中部带来离岸的西北风。那些风将顶层水推到海里，然后更冷、更深的水从下面升起取而代之。这个过程被称为沿海上升流，它有助于蒙特雷湾丰富的生命。

凉爽、营养丰富的水的涌入促进了微小浮游生物的大量繁殖，并启动了海湾的食物网。微小的植物状浮游植物以成群的磷虾和浮游动物为食。这些小动物喂养越来越大的动物，包括鲑鱼、金枪鱼，甚至蓝鲸。

研究人员早就认识到海洋如何响应风和天气的季节性变化。然而，这些相互作用的具体细节——尤其是整个海水柱中上升流的生物影响——并不总是很清楚。

发表在《美国国家科学院院刊》上的一项新研究使用MBARI对海洋生态系统的长期监测数据来填补我们对上升流理解的空白。

“在加利福尼亚附近，风推动季节性上升流，支持海洋生产力。但物理学(风的强度)和生物学(有多少动物)之间的具体联系并不总是很明显。我们不太容易看到这种联系因为风是多变的，而且有很多噪音。这项研究使用MBARI对海洋的长期监测数据来帮助解决这个难题。我们正在揭示物理学和生物学之间的联系，”高级研究专家莫尼克·梅西(MoniqueMessié)说在MBARI和该研究的主要作者。

海岸上升流是海洋生态学中的一个基本过程。据信，海洋表层水域生产力的激增会在整个水柱中产生级联效应，沿海上升流的变化会推动从地表到海底的海洋生态系统发生变化。

然而，由于缺乏长期的生物时间序列——对海洋群落的扩展监测，详细说明生物体的潮起潮落——跨越整个海洋的整个水柱，这一范式尚未得到正式测试和详细检查。为数不多的现有时间序列通常关注海洋阳光照射的表层水域中的生命。

Messié领导MBARI的数据集成和跨学科海洋学团队，并与多个研究团队合作，整合来自不同学科、仪器和区域的数据，以研究沿海和公海的生态系统过程和物理-生物相互作用。

MBARI拥有独特的海洋表层、中层水和深海海底长期监测数据，可以为我们对上升流的理解带来独特的视角。数据集成和跨学科海洋学团队试图整合来自三个不同研究团队的数据集，以更好地了解大气与海洋之间的联系。

自1989年以来，由MBARI高级科学家FranciscoChavez领导的MBARI生物海洋学小组一直在监测蒙特利湾地表水域的浮游生物种群。每隔几周，研究人员就会在位于蒙特利湾中部的MBARIM1站收集水样，作为蒙特利湾时间序列的一部分。这些样本在显微镜下进行分析，并对浮游生物物种进行精心鉴定、确定大小和计数，以估算硅藻、甲藻、纤毛虫和微型浮游生物等浮游生物群的生物量。

25年多来，MBARI高级科学家BruceRobison和MBARI的中层水域生态团队一直在调查蒙特利湾的中层水域——海湾表面以下深处和蒙特利峡谷底部以上的广阔开阔水域。使用MBARI的遥控潜水器(ROV)Ventana，中层水域生态团队每月对当地中层水域动物群进行定量视频横断面。该视频由MBARI视频实验室的研究技术人员进行专业注释，使研究人员能够了解动物种群随时间变化的模式。

三十多年来，前MBARI高级科学家KenSmith一直在监测加利福尼亚中部的深海海底，作为StationM长期时间序列的一部分。M站位于蒙特雷峡谷最远的地方，蒙特雷扇与深约4,000米(13,100英尺)深的深海平原相连，位于加利福尼亚州圣巴巴拉以西约220公里(137英里)处。MBARI在M站部署了一套技术，包括对深海海底的生命进行视觉调查的ROV。

由于其长达数十年的持续时间和对不同栖息地的关注，这些时间序列提供了前所未有的机会来研究整个水柱和深海海底一系列时间尺度上的生态系统变异性。梅西很好奇，上升流的变化是否真的会驱动生态系统从地表到深海的时间变化?如果是这样，这种强迫发生的过程是什么?

佐治亚理工学院和斯克里普斯海洋研究所的研究人员此前曾使用长期时间序列数据来探索海洋生态系统如何应对大气变化，但此前的工作主要集中在地表生态系统。Messie对所有三个MBARI时间序列应用了类似的数据分析，以揭示从地表到深海海底的模式。

结合这些数据集可以揭示整个水柱中的生物群落如何对大气强迫作出反应。大气层的变化，如季节性风和上升流，会发出持续存在于地表、中层水和海底栖息地的信号。

“令人惊奇的是，一个过程如何对海洋中的生命产生如此多的不同影响。它的表达方式可能会因海洋群落本身而有很大不同。为了理清物理学和生物学之间的联系，我们必须考虑这些生物过程‘转变'原始的物理强迫，”梅西说。

一起分析这三个数据集揭示了生物过程，如动物相互作用和寿命，如何改变风和大气的力量。理解三个时间序列之间的联系具有挑战性，因为它们显示出彼此之间如此不同的时间变异性。

在每个时间序列中，群落的密度和生物量随时间增加和减少。但是这种生命的潮起潮落在时间序列与时间序列之间是不一样的。表面群落随着短命浮游生物的季节性繁殖而有很大差异。然而，中层水域和深海海底群落在更长的时间尺度上经历了更多的变化，例如每年。

“上升流带来了大量的营养，海洋生物对食物的丰富反应迅速。这种对生物群落的影响会持续很长时间，有时会持续数年，”梅西说。

在海洋表面，对沿海上升流的生物反应持续了大约两周。在深海海底，这种反应在最初的上升流事件发生后持续了三年多。信号持久性在中层水域社区中没有明确定义，但至少为一年。

这些结果表明，沿海上升流影响从表层海洋到水柱再到深海底的生态系统。这种联系很可能直接通过光合浮游植物(初级生产)的变化、有机物质沉入海底(垂直输出)、动物摄食相互作用而直接发生，并且在较小程度上通过其他海洋变化间接发生。

物种对上升流做出反应的时间尺度——海洋生物对上升流信号做出反应的时间段——是特定于分类单元的，可能与生物体的寿命有关。确定给定物种的上升流信号持续时间可以提供有关动物寿命的信息，这仍然很难测量，尤其是深海动物。

“MBARI的三个长期时间序列包含大量数据，包括一些令人惊讶的发现。我们的工作为海洋动物的寿命估计提供了线索，这仍然是一个高度假设的结果，但可能非常重要，因为寿命很难估计，”梅西说。

这项研究强调了MBARI研究人员在我们对加州中央海岸的独特长期监测中取得的意外发现。