近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境与岛礁生态全国重点实验室海洋动力热力过程及其环境效应研究团队在海洋细尺度物质输运研究方面取得新进展。相关成果以“Hidden Fine-Scale Transport Pathways and Biological Connectivity Revealed by SWOT”为题，发表在国际知名期刊Geophysical Research Letters上。论文第一作者为博士研究生刘云辰，通讯作者为研究员何庆友和研究员詹海刚。合作者包括副研究员詹伟康、博士研究生胡义强，以及中国海洋大学教授张志伟，博洛尼亚大学博士研究生Giulia Vecchioni。

海洋表层流场持续输运热量、营养盐、浮游生物乃至污染物，是调节海洋动力与生态连通性、影响海洋生态系统结构与功能的核心环节。传统卫星高度计产品的空间分辨率仅为0.25°，难以精确解析空间尺度为1-100公里、时间尺度为1-10天的海洋细尺度过程，致使以往研究多将细尺度输运简单视为某种随机扩散过程。高分辨率高度计产品的缺乏是制约物质输运研究从大尺度统计描述走向精细化机制解析的关键瓶颈。2022年发射的SWOT，即地表水与海洋地形卫星，凭借其前所未有的宽刈幅干涉高度计技术，正逐步打破这一分辨率瓶颈。

研究团队以中国南海为例，利用SWOT与传统高度计融合生成的0.1°高分辨率产品，基于拉格朗日粒子追踪方法和复杂网络理论，构建了精细刻画表层物质输运的流网络，发现与传统高度计产品（DUACS）相比，SWOT数据在2-10天时间尺度和90公里以内空间尺度，识别出更多传统数据无法获取的物质输运通道、源汇结构和关键输运枢纽（图1），表明大量活跃的细尺度物质输运过程只有在SWOT的视野下才得以显现。其中，夏季 SWOT 的优势集中在约 60公里以下，而在细尺度过程更为活跃的冬季，SWOT的优势空间尺度可拓展至90公里。

图1 SWOT与传统高度计在南海西部拉格朗日流网络中的对比。从上至下分别为4天、8天、12天积分时长下的海表温度、汇源度和拉格朗日介数分布

SWOT的优越性不仅体现在识别出更多的物质输运通道与关键节点，更体现在它重新划分了海洋中的动力分区。利用复杂网络理论中的Infomap社区发现算法，研究团队将南海西部区域划分成了若干个内部连接紧密、彼此间交换稀疏的水文动力区。传统数据将该区域简单划分为南北两个独立的大区，而SWOT数据却额外识别出一个覆盖越南东部离岸流及其延伸体的独立分区（图2）。历史漂流浮标轨迹的独立验证表明，在SWOT新发现的动力分区内，约88%的浮标经过6天平流输运后仍处于该分区中，证实了该动力分区具有真实的物理屏障效应。这意味着，过去我们可能一直低估了南海近岸与陆坡之间物质交换的复杂度，而SWOT正在帮助我们修正这一认知。

图2 SWOT与传统高度计识别的水动力分区对比。左为传统高度计将南海西部划分为南、北两个分区，右为SWOT额外识别出覆盖越南东部离岸流及其延伸体的独立分区，历史漂流浮标轨迹验证了该分区的准确性

研究团队进一步将SWOT揭示的物理输运结构与海洋水色遥感观测的浮游植物功能群类型数据进行了空间叠置分析。结果发现，在SWOT识别出的强辐散区，浮游植物群落的优势种发生了系统性的转变：原本占主导的原核藻被定鞭藻所取代（图3）。这种空间上的高度对应关系在传统高度计遥感中几乎无法被察觉，因为传统数据缺乏足够的细节来刻画辐散带的精确位置和边界。这表明，细尺度的物理过程并非只是叠加在生态格局之上的“噪音”，而是塑造着浮游植物群落的演替轨迹。SWOT为我们提供了一个前所未有的框架来定量解析这种复杂的生物-物理耦合机制。

图3 SWOT揭示物质输运的空间格局与浮游植物群落演替的对应关系。从左到右分别为传统高度计、SWOT的汇源度分布、输运前后的优势浮游植物类型分布。优势类型转变为定鞭藻的区域与SWOT探测的辐散区高度吻合

这一成果不仅证明了SWOT卫星在解析海洋细尺度物质输运路径与生物连通性方面的科学价值，更为未来的海洋生态保护提供了新工具。基于这些细尺度通道，我们可以更精准地预测微塑料的扩散方向，或者在设计海洋保护区时，更科学地评估生物幼体的扩散范围。

该研究获得国家自然科学基金、中国科学院先导专项等联合资助。

论文信息: Liu, Y., He, Q.*, Zhan, W., Zhang, Z., Vecchioni, G., Hu, Y., & Zhan, H.* (2026). Hidden fine-scale transport pathways and biological connectivity revealed by SWOT. Geophysical Research Letters, 53, e2025GL121208.

原文链接: https://doi.org/10.1029/2025GL121208