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AI 揭開全球海洋「海藻狂湧」時代：20 年衛星大數據證實，地球海洋正迎來生態轉折點

 

圖靈學院編輯部
2026-8-6

 

    在過去十多年間，從墨西哥灣沿岸的度假沙灘、加勒比海的碧海藍天，到中國黃海與東海的沿岸水域，人們頻繁目睹令人震驚的景象：綿延數公里的巨大綠色或褐色海藻毯席捲海岸，腐爛後散發出刺鼻惡臭，造成觀光業癱瘓與魚類大量死亡。這究竟是局部海域的偶發異常，還是全球海洋正在發生某種深層且不可逆的生態轉變？一項由美國南佛羅里達大學（University of South Florida, USF）海洋科學學院與美國國家海洋暨大氣總署（NOAA）衛星應用暨研究中心聯合主持的重磅研究，給出了令人警惕的答案。研究團隊結合人工智慧（AI）深度學習與高效能運算（HPC），分析了長達 20 年（2003 年至 2022 年）、涵蓋全球海洋的 120 萬張衛星影像。研究結果正式發表於國際權威期刊《自然-通訊》（Nature Communications）。數據顯示，全球海洋的漂浮海藻大爆發（Floating Algae Blooms）正在以前所未有的速度擴張。資深作者、USF 海洋學教授胡傳民（Chuanmin Hu）警告：「全球海洋似乎正在經歷一場生態體系的轉折（Regime Shift），從過去『大型海藻貧乏』的海洋，徹底轉變為『大型海藻豐富』的海洋。」

突破遙測極限：AI 深度學習如何翻轉 120 萬張衛星大數據？

 

    要在浩瀚的全球海洋中精準捕捉漂浮海藻的蹤跡，對傳統衛星遙測來說是一項幾乎不可能完成的任務。漂浮海藻通常以狹長的帶狀或散落的斑塊形式浮於海面，即使大型海藻席延伸數公里，但在解析度數百公尺的衛星像素（Pixel）中，海藻所佔據的光學面積往往不到單一像素的 1%。傳統的光學閾值演算法極易將海藻與海面波浪、雲層陰影、海水反射或雜質混淆，導致嚴重的誤判或漏判；若人工一張張目視判讀，處理 120 萬張影像將耗費數十年歲月。

為了破解此難題，第一作者、NOAA 衛星應用暨研究中心海洋學家齊林博士（Lin Qi）與團隊改造了深度學習電腦模型，並利用 USF 研究運算設施（Research Computing Facility）的高效能運算系統進行並行處理。研究團隊訓練深度學習 AI 辨識漂浮海藻在光學光譜中極其微弱的特徵訊號，跨越全球 13 個主要地理區域，精準分類出 5 大類漂浮藻類：

 

1. 大型海藻席（Macroalgal mats）：包括造成加勒比海與熱帶大西洋災難的馬尾藻（Sargassum），以及引發中國黃海綠潮的滸苔（Ulva prolifera）與銅藻（Sargassum horneri）。

2. 微藻浮渣（Microalgal scums）：包括在全球貧營養大洋中貢獻約 50% 固氮作用的束毛藻（Trichodesmium）、引發夜光赤潮的夜光藻（Noctiluca scintillans），以及其他各類藍綠菌（Cyanobacteria）與甲藻（Dinoflagellates）。

 

儘管使用了最先進的超級電腦，AI 訓練與 120 萬張影像的吞吐分析仍整整耗費了數個月時間。齊林博士表示：「若沒有高效能運算設施以及 NOAA 與 USF 之間長期的跨機構合作，這項規模空前的全球研究根本無法達成。」

驚人的數據：大型海藻以每年 13.4% 速度暴增

 

    透過 AI 對 20 年衛星數據的深度挖掘，研究團隊繪製出全球第一張完整的漂浮海藻動態分佈圖譜，並揭示了令人震撼的增長趨勢：

 

1. 大型海藻席（Macroalgae）：爆發性成長與臨界點

 

    研究發現，大型海藻是這場全球海洋綠化浪潮中的「主力軍」。在熱帶大西洋與西太平洋，大型海藻席的蔓延速度最為驚人，自 2003 年以來，其生物量與涵蓋面積以每年 13.4% 的速率呈指數級增長！研究人員進一步指出，全球大型海藻大爆發存在一個極為清晰的歷史轉折點，2008 年至 2010 年之間：

• 2008 年：中國黃海首次爆發大規模綠潮（滸苔 Ulva prolifera），嚴重威脅青島奧運帆船賽事。
• 2011 年：熱帶大西洋首次出現前所未見的巨型馬尾藻帶（Great Atlantic Sargassum Belt），橫跨西非至墨西哥灣上萬公里。
• 2012 年：中國東海爆發大規模銅藻大爆發。

 

胡傳民教授強調：「在 2008 年以前，除了北大西洋百慕達附近的傳統『馬尾藻海』（Sargasso Sea）之外，全球幾乎沒有記錄過大規模的漂浮大型海藻爆發。但在此之後，巨型海藻席已成為全球多個海域的常態。」

 

2. 微藻浮渣（Microalgae）：穩步擴散，佔據 4,380 萬平方公里

 

    相較於大型海藻的爆性增長，浮游微藻在海面形成的泡沫與浮渣（Scum）則呈現「隱蔽但持續」的擴展。研究顯示，全球微藻浮渣以每年 1.0% 的速率穩步上升，雖然增幅看似溫和，但在統計學上具有高度顯著性。在過去 20 年間，微藻與大型海藻共同佔據的全球累積實現生態位面積（Cumulative realized niche area）已高達 4,380 萬平方公里（約 1,690 萬平方英里），涵蓋太平洋、大西洋、印度洋，乃至高緯度的邊緣海如波羅的海（Baltic Sea）。

海洋為什麼「變綠」了？暖化與陸源養分的雙重推手

 

    是什麼原因驅使全球海洋在短短 20 年內轉變成海藻滋生的溫床？研究團隊指出，這背後是人為活動引起的環境變遷與自然氣候系統波動交織作用的結果。主要驅動因素包含以下兩大核心：

 

一、 陸源營養鹽注入與海洋優養化（Eutrophication）

 

    人類在陸地上的農業活動大量施用化肥，加上工業廢水、城市生活污水未經充分處理即排入江河，經由亞馬遜河、長江、密西西比河等大型水系源源不絕地注入海洋。過量的氮（N）、磷（P）等營養鹽在近岸與大洋水域積聚，為藻類提供了無窮無盡的「超級肥料」。例如，最新研究證實，赤道太平洋與大西洋的湧升流將深層磷素帶至海面，配合陸源河流帶入的氮素與微量元素，完美滿足了馬尾藻與束毛藻極速繁殖所需的光合作用營養條件。

 

二、 海洋暖化與海水層化（Ocean Warming & Stratification）

 

    氣候變遷導致全球海表溫度（SST）持續攀升。溫暖的水溫不僅直接加快了藻類的細胞分裂與代謝速率，更加劇了海水垂直分層（層化作用）。海面暖化使得上層海水更加穩定，有利於具備浮力調節能力（如含有氣囊的馬尾藻或具氣泡構造的束毛藻）的藻類聚集於陽光充足的海面，進一步擠壓其他深層浮游植物的生存空間。此外，氣候變遷引起的洋流改變，更將這些海藻席帶往過去從未出現過的新海域，形成惡性循環。

生態與經濟的雙刃劍：從「海洋庇護所」到「海岸災難」

 

    漂浮海藻的大幅增加，對地球生態系與 human society 帶來了極為複雜且矛盾的雙重影響：

 

1. 遠洋生態的「綠色庇護所」

 

    在遼闊且營養貧乏的大洋中，適量的漂浮海藻席（特別是馬尾藻）被稱為「海上綠洲」或「漂浮森林」。它們能夠透過光合作用吸收二氧化碳，同時為幼年海龜、飛魚、無脊椎動物及多種經濟魚類提供珍貴的棲息地、覓食場所與躲避天敵的避難所，客觀上支持了遠洋漁業資源的繁衍。

 

2. 近岸環境與沿海經濟的「綠色噩夢」

 

    然而，當數百萬噸的海藻隨洋流與風向飄向海岸線並大量堆積時，優勢便徹底轉化為災難：

• 生態毀滅：堆積在海岸的海藻遮蔽陽光，導致近岸的海草床與珊瑚礁因缺乏光照而死亡；海藻腐爛過程中會消耗水中大量溶解氧，引發海水缺氧（Hypoxia），造成魚蝦貝類大規模窒息死亡，形成「海洋死區」（Dead Zone）。
• 公共衛生與毒性威脅：腐爛的海藻會釋放大量具腐蝕性與惡臭的硫化氫（H₂S）與氨氣（NH₃），引發沿海居民與遊客呼吸道不適、噁心及頭痛，甚至威脅生命安全。
• 觀光與經濟重創：加勒比海、墨西哥度假勝地及中國沿海城市每年需花費數百萬至數千萬美元清運海藻。海灘封閉導致飯店退訂率飆升，觀光業與沿海養殖業面臨毀滅性打擊。

專家觀點與未來展望：如何應對「海藻新時代」？

 

    面對全球海洋生態系向「海藻豐富」模式轉變的現實，科學界認為單靠傳統的沿岸清運只是治標不治本，必須採取全球性的主動應對策略：

 

1. 升級全球 AI 監測與早期預警系統：利用 NOAA 與 USF 開發的深度學習模型，結合更高解析度的多源衛星遙測，建立全球海藻漂移路徑的即時預報系統，讓沿海政府能在海藻靠岸前數週預先部署攔截網絡或進行資源調配。

2. 源頭控管陸源污染物排放：全球各國必須嚴格限制農業化肥過度使用，改進污水處理設施，減少河流注入海洋的氮磷負荷，從根本上切斷海藻爆發的「營養源」。

3. 推動海藻資源化與「藍色經濟」：將龐大的海藻生物質轉化為經濟價值。全球科學家正積極研發將廢棄馬尾藻與滸苔加工為生物塑膠、有機肥料、生質燃料、生醫材料及畜牧飼料添加劑的技術，實現變廢為寶。

4. 深入研究碳封存與全球碳循環影響：海藻大爆發對地球碳循環的影響極為複雜。雖然海藻快速生長能吸收二氧化碳，但其腐爛釋放的氣體以及沉入海底後的碳封存效率仍有待進一步量化，這是全球氣候變遷研究的下一個關鍵課題。

 

研究團隊表示，未來將繼續擴大衛星數據庫的分析範圍，結合海洋物理學與生物地球化學模型，深入探索不同海域海藻擴張的具體機制，為保護全球海洋環境提供更堅實的科學依據。

 

 

參考文獻

1. ScienceDaily：AI reveals a massive algae boom across the world's oceans.

2.Lin Qi , Menghua Wang, Brian B. Barnes, Douglas G. Capone, Joaquim I. Goes, Edward J. Carpenter, Yuyuan Xie, & Chuanmin Hu. AI reveals a massive algae boom across the world’s oceans.Nature Communications, Volume 17, Article number: 612 (2025/2026). 10.1038/s41467-025-66822-5