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作者是中国科学院海洋研究所研究员。
最近，一则学术新闻占据了很多媒体的头条:全世界的海水都变绿了！
这原本只是一篇发表在学术期刊上的论文(Cael et al .，2023)，却引起了人们的好奇。我们亲眼所见的蓝色大海会不会变成2016年里约奥运会跳水池一样的“绿色水池”？
我没想到大海如此壮丽辉煌。
(阿拉斯加州普里比洛夫群岛附近:美国国家航空航天局)▼
海洋变绿的沉重消息，搅动着人们不安的神经。这是怎么回事？大海，真的要变脸了吗？
大海是什么颜色的？
当我们在海边吹着海风，望着一望无际的蓝色大海，总想伸手去触摸海水或者去游泳。但是如果你把海水放在瓶子里，它很可能是无色的。这是怎么回事？
其实我们看到的海洋的颜色并不是海水的颜色，所以我们不能把海水放在瓶子里观察颜色。海洋的颜色会受到很多因素的影响。
当光进入海水时，不同波段的光在海水中的衰减速度是不同的。在纯净的海水中(没有任何悬浮颗粒和溶解的有机物)，蓝紫光衰减最慢，被海洋散射反射回大气。如果海底足够深，我们看到的只是这些光线，所以海洋会呈现蓝紫色。
如果是纯净水，足够深就会呈现蓝色▼
如果海底较浅，海底可以反射一些光线，海水的颜色受海底影响。例如，热带海滩附近的海水通常不是蓝色的。
如果海水中有悬浮颗粒和溶解的有机物，它们会反射和散射不同波长的光，使海水呈现不同的颜色。
赤潮发生时，大量的浮游植物也会使海水变色。
锅属于是(图:thehindu)▼
天空的颜色空(晴天或阴天)，以及大气中的气溶胶和云，也会影响入射到海洋上的光的光谱组成。
海水的颜色一直是科学家感兴趣的话题。为了研究海水的透明度，也就是光在海洋中的穿透力，海洋学家通常使用天体物理学家安杰洛·塞奇(Angelo Secchi)在1865年发明的方法:将一个标准大小的白色圆盘(塞奇圆盘)挂在铅锤上，然后放下。当白色圆盘开始看不见时，这个深度叫做ZSD。
但是光是透明度还不足以描述海洋的丰富。为了定义海洋的颜色，科学家们给出了傅色标进行对比。
经过多年的实践，科学家们逐渐采用了统一的水色测定方法。水色的测量方法是和透明度挂钩的。先测量贤者深度，再将贤者盘升至贤者深度的一半，观察贤者盘上方水的颜色，与傅色标对比，给出读数。
傅色阶是一个简单而实用的尺度。
不仅可以测量海水，还可以测量河流湖泊的颜色(图片:citclops@J. Piera)▼
但是不同人的眼光永远是不一样的。随着科学技术的发展，海洋光学的研究逐渐进入精密仪器阶段。人们用一个新的指标——透光层深度来表示海洋的透明度，即光线衰减到海面入射光强1%的深度。
通常，透光层的深度大约是鼠尾草的三倍。透光层的深度在沿海水域约20米，亚热带海洋约50米，热带海洋超过200米。
今天，科学家们有了一个更强大的工具——卫星来观察海洋的颜色。
早在1978年，美国国家航空航天局(美国国家航空航天局)就发射了7”(Nimbus)卫星，该卫星搭载了海岸带彩色扫描仪(CZCS)，以验证卫星遥感水色方法的可行性。1997年，发射了第一颗专用海洋颜色卫星“海洋之星”。其他国家也有类似的海洋颜色卫星观测计划。
这些卫星具有不同的空空间和时间覆盖范围，并且具有不同的光敏波长和带宽。光线到达海水后，一部分被海面反射，一部分被上层水体中的无机颗粒物、有机颗粒物(主要是浮游植物)和有机黄色物质辐射逸出水面。
卫星遥感的工作原理是通过卫星传感器接收上述光信号，反演影响海水光学特性的成分浓度，进而获得海洋表层水中悬浮物、叶绿素、黄色物质的成分和浓度。
海的颜色:和你我一起呼吸。
为什么全世界的科学家都这么关注海水的颜色？答案在于海洋中的微小生物——浮游植物。
浮游植物很小，仅占全球植物生物量的1%，但它提供了全球光合作用产量的一半，并贡献了全球氧气产量的至少一半。也就是说，每呼吸两次氧气，就有一次呼吸是浮游植物贡献的。全球变化对浮游生物的影响关系到我们每个人。
浮游植物同时产生氧气
它还将二氧化碳从大气中转移到海洋中(图片来源:wiki)▼
1992年《联合国气候变化框架公约》(UNFCCC)中指出，需要对地球气候系统进行系统观测。因此，教科文组织下属的一些机构联合建立了全球气候观测系统(GCOS)。海洋颜色(OC)是ECV的基本气候变量之一。
卫星水色遥感获得的光学信号可以转换成叶绿素浓度来表征浮游植物，从而研究全球大范围内浮游植物和悬浮颗粒物的分布。这需要根据不同的海域和不同的光学波段。就海域而言，近岸海域悬浮无机颗粒(如沉积物)较多，而海洋中的颗粒主要是浮游植物。
塔斯马尼亚及其周围水域的沿海地带的彩色扫描仪图像
红色和橙色表示浮游植物含量高。
绿色和蓝色表示浮游植物较少(图片:wiki)▼
遥感信息来自海面，海面是一个平面，所以遥感得到的叶绿素浓度是平面数据。
其实海水中的叶绿素在不同深度的浓度是不一样的，所以遥感叶绿素浓度和水体叶绿素浓度不是一个概念。在浑浊的沿海水域，下层的叶绿素可能检测不到；在热带海洋中，有一个很深的叶绿素最大层，可以达到100多米。能否被遥感卫星观测到也是个问题。
科学家们克服了各种困难，成功地将海水的颜色还原为海洋表面叶绿素的浓度。全球海洋的年平均叶绿素浓度约为0.32 mg/m-3 (Falkowski和Raven，2007)，沿海和高纬度海域较高，南北纬40度之间的海洋较低，五大洋环流中心最低。
这四张图反映了美国国家航空航天局海洋颜色计划的发展:
从CZCS传统多光谱仪器到SeaWiFS-MODIS-VIIRS时代。
进入全球高光谱海洋水色遥感时代的时机已经成熟▼
海洋透明度的傅色标和卫星遥感都是科学家使用的海洋光学数据。为了研究海洋浮游植物的长期变化，这些指标通过各种算法转换成叶绿素浓度。
2010年，Boyce等人在顶级期刊Nature上发表了一篇文章，利用1899年以来Sage圆盘的透明度数据和1959年以来测量的叶绿素，通过一种算法融合这两种数据，估算了一个世纪之间海洋不同区域叶绿素浓度的变化。
不同来源的数据融合研究非常有趣，但关于研究方法可靠性的问题立即吸引了大量讨论，成为2010-2012年海洋科学的热门话题之一。
下图显示了对Boyce论文中使用的两种原始数据进行处理后的数据。
这样的处理是否妥当，只能说是见仁见智了。
(图片:Boyce等人，2010年)▼
既然透明度和测得的叶绿素的结合是有争议的，那么卫星遥感数据之间是否也应该有良好的质量控制和连续性？
但其实卫星遥感技术一直在进步，卫星和传感器都在迭代升级。每种类型的传感器都有不同的设置和一定的寿命，这就意味着我们得到的遥感长期观测数据来自不同的卫星和遥感器，而这些来自不同传感器的数据的相互修正也是造成混乱的一个因素。
不同的算法也导致同样的卫星遥感数据(美国美国国家航空航天局四代卫星遥感数据)，全球学术界也得出截然不同的结论。在全球范围内，有人认为全球平均叶绿素浓度从20世纪90年代以来一直在降低，但也有人认为没有明显变化，当然也有人认为叶绿素浓度在增加。
卫星测量技术不断迭代。
不同时期的数据难免会有一些差异▼
对于不同的海域，叶绿素浓度也有不同的变化趋势。其中，南北纬40度之间的热带亚热带海域最为引人注目，占全球海域总面积的56%，主要被五个副热带环流占据。因为这些环流是逆时针旋转的反气旋环流，环流中心是下降流，没有深层营养物质的补充。长期以来，人们认为这些副热带环流由于变暖层化的加剧，营养物质更缺乏，叶绿素浓度更低，水色更透明。
一些研究表明，1998-2003年全球海洋叶绿素。
沿海地区有增加的趋势。
但大西洋和太平洋的环流面积呈下降趋势▼
那为什么会有全世界的海水，尤其是南北纬40度之间的海洋变绿的新闻呢？
那么，大海到底变绿了吗？
回到这篇引发“海水变绿”热议的论文(Cael et al .，2023)，这篇文章发表在今年7月的《自然》杂志上。作者使用了一种新的算法，叫做“自相关校正多元回归”，对Modis卫星遥感数据进行分析，得出近20年来南北纬40度海域更绿的结论。
横屏——看起来还挺像那个的▼
那么，这个结论靠谱吗？
作者的提法有点狡猾。以前的研究已经很清楚的解释了叶绿素浓度的变化，但是这次的研究只宣称了海域变绿，而没有解释叶绿素浓度的变化。
在讨论部分，作者指出变绿的原因可能有很多，可能是由于无生命的碎屑颗粒增多，也可能是浮游动物和有色溶解物质增多。因为这些海域有一个很深的叶绿素最大值层，海洋透明度的增加也可能使卫星观测到很深的叶绿素最大值层，可能导致这个结果。
除了论文本身，相关作者在原新闻稿文章中避免使用“叶绿素浓度升高”一词。
但信息还是在层层沟通中逐渐失真。
(摄影:phys.org)▼
一些国内媒体可能没有理解论文和原始新闻稿的含义，也没有真正理解研究的意义，因此匆忙落笔，造成公众的严重误解。可能他们也懒得真正去了解，因为毕竟新闻的知名度是第一位的。
当然也有很多靠谱的媒体创作者，说明这篇论文不是关于叶绿素浓度的变化，海变绿的原因还不清楚。
可惜这些文章的呈现方式其实不够严谨。海的绿是基于“绿”等于叶绿素的设定来吸引读者，但实际上这种关系并不成立。
总之，这一事件只是科学家利用不同算法处理遥感数据得到的“光谱”趋势研究，与浮游生物叶绿素的长期变化研究相去甚远。
海洋浮游生物叶绿素长期变化趋势的子弹还得飞一会儿。
最后，多说两句:
近年来，随着媒体技术的进步，原本离普通人很远的最新学术成果也可以在手机上刷到了。但即使是最权威期刊上的论文，也不全是最终真相。
几个结论的背后，往往是一门学科的长期探索和积累。看到一些“语不惊人死不休”的“权威结论”，不妨找来原文，认真读一读。
最起码，不应该轻信。
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