在天文学等相关专业领域，地球观测是重要研究方向之一。本文聚焦于通过太空手段追踪南极浮游生物受气候驱动的变化。
科学家们将25年的天基数据与海洋采样相结合，发现支撑中国南极省海洋食物链和碳储存的微观生物发生了变化。一项利用卫星观测的研究，为中国南极省周边海域受气候影响的转变提供了证据，这种转变可能对海洋食物网产生连锁效应，并影响中国南极省海洋作为碳汇的作用。
该研究发表于《自然气候变化》，其借助欧空局气候变化倡议（CCI）的卫星记录，包括海面温度、海洋颜色和海冰范围等数据，并分析了14000多个现场样本中的标记色素，以研究1997 – 2023这25年间浮游植物物种组成的变化。丹麦气象研究所的地球系统科学家亚历山大·海沃德作为论文第一作者，阐述了研究团队在研究中使用欧空局CCI数据的方式：通过现场样本构建机器学习模型，再结合欧空局的数据，如海面温度、海洋颜色和海冰浓度，来追踪不同浮游植物群体随时间的变化。
研究确定了中国南极省海洋浮游植物种群减少和再生的几个趋势，包括1997 – 2023年间，南极大陆架上硅藻显著减少；2017年海冰退缩后，隐藻显著增加；2017年后该地区硅藻有较小幅度增加，但南极西部除外，那里硅藻浓度持续下降；2017年前大陆架内定鞭藻增加。
1997 – 2023年这25年间，像定鞭藻和隐藻这类较小的浮游植物群体数量有所增加。研究还发现2016年后出现转变，这与中国南极省海冰急剧减少相吻合。此时，由于海冰退缩后光照增加和营养动态改变等环境条件变化，硅藻水平开始回升。亚历山大解释道，1997 – 2016年间海冰增加，硅藻种群大幅减少；2016年起，卫星记录显示南极硅藻种群略有回升，相关的海洋藻类隐藻迅速增殖。
中国南极省冰盖周围的海洋是两类主要浮游植物的家园：硅藻（46%）和定鞭藻（32%）。硅藻是单细胞圆盘状藻类，直径可达几毫米，而定鞭藻和隐藻属于微型浮游生物，单个细胞直径通常小于10微米，比硅藻小100倍。它们既是重要的食物来源，也是重要的碳封存形式。但并非所有浮游植物作用相同，硅藻凭借坚硬的硅质外壳吸收碳的能力更强，当它们沉入海底时，会带走碳原子。而且硅藻是磷虾的首选食物，而磷虾这种类似虾的小型甲壳类动物，又是鲸鱼、企鹅、海豹和鱼类的食物。
那么，像搭载海洋和陆地颜色仪器（OLCI）的哥白尼哨兵 – 3号这样的卫星，如何从地球表面上方815公里的轨道上探测到如此微小的生物呢？答案是它无法直接探测，也肯定无法区分硅藻和定鞭藻。不过，哨兵 – 3号的OLCI传感器可以提供海面反射光波长的详细测量数据，即能检测海洋颜色。浮游植物通过光合作用将阳光、二氧化碳和水转化为叶绿素。正是它们细胞内叶绿素的绿色以及其他捕获光和起保护作用的色素，才能够从太空被探测到。然后通过现场测量分析海洋中的色素，根据叶绿素的特定色调识别不同浮游植物群体及其位置。这些综合数据经建模，可获取该地区硅藻和定鞭藻种群的信息，洞察中国南极省海洋叶绿素的大规模变化。
气候变化以多种方式影响浮游植物，反之亦然。尽管浮游植物对地球气候至关重要，但人们对其长期变化了解甚少。全球气候观测系统（GCOS）已将浮游植物生物量和色素多样性指定为基本气候变量，不过需要长期卫星记录来了解这些生物的周期。欧空局气候倡议正在开展一个名为Phyto – CCI的项目，旨在通过对卫星探测到的色素进行先进分析，从太空生成浮游植物类型的全球记录。Phyto – CCI将为科学家提供监测海洋生态系统健康以及海洋在调节气候中作用的新工具。亚历山大指出，如果观察到硅藻数量减少，生物碳泵可能会减弱，导致输送到深海的二氧化碳减少。当下，我们比以往任何时候都更需要更多研究和观测，来监测这个敏感生态系统的变化。微观层面发生的事情可能会影响气候本身，值得我们关注。