赤潮灾害是指因赤潮发生而造成海区生态系统失去平衡，海洋生物资源局部遭到毁灭或破坏的海洋生态灾害^[1]。当前，作为世界公害的赤潮在全球许多沿海海域频繁出现，已遍及我国所有沿海省市，导致我国成为受赤潮灾害影响严重的国家之一。赤潮灾害不仅会威胁爆发海域的生态环境安全，造成海洋食物链的局部中断、破坏生态系统平衡，还可能损坏人类健康和经济发展。因此，为维护海洋生态环境安全、保障经济健康发展，开展赤潮灾害研究尤为必要。不同学者从不同角度对赤潮灾害进行了针对性研究，本文对已有相关研究结果进行了概述，希望在综合现有认知的基础上进一步探究赤潮灾害现象，为科学防治赤潮灾害提供指导。

1   赤潮灾害的预测

1.1   经验预测法预测赤潮灾害

赤潮灾害预测是基于对赤潮现有资料和背景知识的分析，断定在未来时间点或时间段内，某种程度的赤潮灾害是否发生，可以看作为一个二值逻辑问题。赤潮灾害的预测是进行有效防灾、减灾的基础，常规方法主要包括经验预测法和模型预测法。

经验预测法一般是对大量赤潮生消过程监测资料进行分析处理，基于多元统计方法，如判别分析、主成分分析等，在选择不同的预报因子的同时，利用一定的判别模式对赤潮进行预测^[2]。

赤潮爆发是一个多因素综合作用的复杂结果，诸如气象、气候因素、水动力条件、海水的物理化学因素等都可能与赤潮形成密切相关，孤立的考察某些因素来预测赤潮灾害往往表现出明显的局限性，如陆斗定等^[3]在赤潮预测时仅考虑了赤潮生物细胞密度和叶绿素a的量：当水中赤潮生物的细胞密度持续上升并逐渐接近安达六郎提出的赤潮发生的细胞浓度临界值时，可以预报赤潮即将发生；如果叶绿素a的含量从常量上升到10 mg/m³以上且有迅速增加的趋势，那么赤潮即将发生。

1.2   模型预测法预测赤潮灾害

模型预测法(数值预测法)主要根据赤潮发生机理，通过各种物理-化学-生物耦合生态动力学数值模型模拟赤潮发生、发展、高潮、维持和消亡的整个过程而对赤潮进行预测^[2]。

Chen等^[4]建立了基于辐射、营养盐和邻域条件的数值和模糊元胞自动机模型预测荷兰沿海水体的赤潮，由于网格粗糙使得元胞自动机在很大程度上传播边界效应导致假象，需要更精细的网格来改善元胞自动机的性能以减少假象。Allen等^[5]基于与卫星叶绿素估计值的比较，提出西北欧洲陆架耦合水动力生态系统模型MRCS(the medium resolution continental shelf)预测赤潮事件，研究中模型和卫星数据都存在不足：模型在较高阈值和混合层海域处预测能力不高；卫星算法不能准确反演高富营养化区域的叶绿素浓度。

随着计算机软件技术、人工智能的迅猛发展，部分专家学者将人工神经网络模型应用于赤潮预测。谢中华等^[6]结合线性相关分析、秩相关分析、Hoeffding独立性检验、主成分分析建立人工神经网络模型；马玉梅等^[7]将改进的三层BP(back propagation)神经网络模型运用于夜光藻赤潮的预测；Velo-Suárez等^[8]结合主成分分析法与前向人工神经网络的方法预测赤潮；胡婧^[9]、钱振松^[10]分别采用改进的人工神经网络建立了烟台四十里湾的赤潮预测模型，并构建了智能赤潮预测系统。以上研究普遍存在学习样本、检验样本及指标(见表 1)比较少的问题，这会降低系统的容错性和可适应性，因此对所建立的模型应持谨慎态度。

表  1  人工神经网络模型预测赤潮

Tab.  1  Harmful algal blooms prediction by artificial neural network model

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Wong等^[11-12]定义了水动力稳定风险因子R预测赤潮(公式1)；Sivapragasam等^[13]用遗传规划(genetic programming)建立数学模型预测香港吐露港赤潮；Roiha等^[14]采用芬兰气象局(FMI)操作三维生物地球化学模型Baleco对波罗的海的赤潮进行集合预测；Dippner^[15]等提出基于HAMSOM模型的循环模型和拉格朗日赤潮模型的数值模型；Zhang等^[16]建立了基于窗口、集成生态太湖模型^[17]的软件(WSE)实现3~5 d的短期预测。

式中：R为水动力稳定因子；μ为透光层中藻类生长率；E为垂直扩散率；l为透光层深度。

2   赤潮灾害的评估

2.1   赤潮灾害风险评估

赤潮灾害评估是赤潮灾害研究的重要内容。根据不同的研究角度和评估目的，赤潮灾害评估可概括为赤潮灾害风险评估和赤潮灾害灾情评估等。

船舶压载水是携带和传播外来物种的重要途径。刘冬^[18]、严志宇等^[19]、许海梁等^[20]、王洪超^[21]对船舶压载水引发赤潮灾害的风险进行了研究(见表 2)。但相关研究也存在不足，例如刘冬、严志宇等和许海梁等确定指标权重方法为层次分析法、专家评分法或变异系数法，层次分析法和专家评分法属主观赋权法，不需要具备样本数据且对一些定性的模糊指标仍可做出判断，但都局限于专家群体的知识、经验和价值判断^[22]；变异系数法是客观法赋权法的一种，当评价指标对于评价目标来说比较模糊时采用变异系数法是比较合适的，缺点在于对指标的具体经济意义重视不够，也会存在一定的误差。在模型方面，专家学者构建的模型相对简单；在指标准则方面，各专家学者采用的指标准则较为相似。

表  2  船舶压载水引发赤潮的风险研究

Tab.  2  Study on the risk of harmful algal bloom caused by ship's ballast water

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文世勇等从灾害学角度提出赤潮灾害风险评估是在一定区域和给定时段内，对风险区内赤潮爆发的可能性及其可能造成的损失后果进行定量分析和评估^[1]。在此基础上，文世勇等根据赤潮藻类最大比生长速率的氮磷比耐受性模型和赤潮形成基准细胞密度建立了氮磷比与赤潮暴发时间的关系模型^[23]；提出了赤潮灾害风险评估指标体系(图 1)和赤潮灾害风险评估模型，采用层次分析法和德尔菲法确定了各指标权重^[24-25]；对渤海湾海域无毒赤潮、有害赤潮和有毒赤潮三种赤潮进行了实例评估^[24]；在实验室培养条件下，以塔玛亚历山大藻为对象建立了基于营养盐的赤潮危险度评估模型^[26]，并在GIS平台上实现了评估结果的空间可视化^{[24-25, 27]}；张晓霞^[28]借鉴文世勇等的理论方法评估了辽宁沿海6市的赤潮风险；Wang等^[29]提出了评价东海赤潮相对风险的简化模型；Wu等^[30]对Wang等^[29]提出的赤潮风险模型进行了改进，结合GIS技术和统计方法分析了渤海西南部海域的赤潮事件。图 1为文世勇等建立的赤潮灾害风险评估指标体系，从致灾因子、孕灾环境因子和承灾体因子三方面较全面地选取了与赤潮灾害发生密切相关的因子作为评估指标；表 3为张晓霞建立的赤潮灾害风险评估指标体系，其以灾害发生次数和影响范围作为赤潮灾害致灾因子指标不能反映赤潮的成因，承灾体脆弱性指标中的男女比例、耕地比重与赤潮的脆弱性相关性不大；由表 4可见，目前赤潮灾害风险评估模型较为简单。

图  1  赤潮灾害风险评估指标体系^[25]

Fig.  1  Index system for risk assessment of harmful algal blooms hazard

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表  3  灾害风险评估指标体系^[28]

Tab.  3  Index system for risk assessment of hazard

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表  4  赤潮灾害风险评估模型

Tab.  4  Models for risk assessment of harmful algal blooms hazard

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柴勋^[31]结合组件式GIS平台SuperMap Objects与C#开发语言设计与实现了赤潮灾害风险评估系统，得出了浙江海域赤潮灾害危险度专题图和赤潮灾害风险专题图；Orme-Zavaleta等^[32]阐述了用综合方法评估蓝藻赤潮风险并提出了概念模型，该概念模型体现了蓝藻赤潮对人类健康、野生动物种群生存力、水生生产力与结构的风险，为蓝藻赤潮风险评估提供了一条思路; 郭皓等^[33]根据水体中不同的赤潮生物细胞密度或Chl a含量，用1~10表示赤潮的风险指数D_R并设置四级预警，郭皓等的研究存在不足，以Chl a为例，并不是所有的藻类体内都以Chl a为主且高Chl a浓度不一定就是赤潮；Chen等^[34]建立了一种结合自组织图谱和模糊信息理论的创新方法来全面评价赤潮风险与不确定性。

2.2   赤潮灾害灾情评估

灾情评估是对灾害造成的人员伤亡、直接经济损失以及间接经济损失进行评估，它是进行有效的灾害救助、灾害补偿以及灾后恢复重建的重要依据^[35]。

Jin^[36]等建立回归模型评估了2005年Alexandrium fundyense赤潮对新英格兰缅因州和马萨诸塞州贝类渔业的直接经济影响；陈舜等^[37]认为赤潮灾害损失评估包括灾前损失预评估(定性评估)、灾时损失评估(定量初评估)和灾后损失实评估3级，将赤潮灾害给养殖业造成的经济损失分为直接经济损失、间接经济损失和资源恢复费用；文世勇等^[38]提出了赤潮灾害经济损失评估指标包括海水养殖业经济损失评估指标、滨海旅游业经济损失评估指标、赤潮灾害监测与应急费用和赤潮灾害处置费用4大类。以上研究多以海洋养殖业的损失为主，较少涉及其他方面的损失。

3   赤潮灾害的影响

3.1   赤潮灾害对海洋生态系统的影响

赤潮灾害的发生将改变海洋环境因素，致使一些海洋生物不能正常生长、发育和繁殖，破坏了原有的生态平衡。

Okey等^[39]结合西佛罗里达州陆架生态系统平衡营养模型Ecopath、Ecosim评估了浮游植物水华的覆盖对群落系统的潜在影响；Capper等^[40]分析了美国佛罗里达州搁浅的绿海龟与海牛组织内是否存在多种赤潮毒素；Branch等^[41]用多元群落分析(ANOSIM，PERMANOVA，MDS，SIMPER)、丰度和生物量分析研究了1994年的“黑潮”(prorocentrum micans，neoceratium furca，alexandrium catenella，dinophysis acuminate)对南非西海岸岩石海岸潮间带群落的影响；Delegrange^[42]进行了为期45 d的实验来测定鲈鱼暴露于不同浓度的赤潮种柔弱伪菱形藻的脆弱性。

3.2   赤潮灾害对人类社会的影响

赤潮灾害爆发期间赤潮生物分泌的赤潮毒素将直接或间接危害到人体健康，使人类社会的医疗费用增高。

Backer^[43]综述了佛罗里达赤潮对沿海地区的影响：赤潮期间人们食用被污染区域的贝类会遭受神经性贝毒、人们可能吸入短裸甲藻毒素，导致呼吸系统疾病；赤潮的频繁暴发造成与旅游相关的损失每年超过2000万美元；并造成商业性渔业收入的损失、后期修复损失、医疗负担增加等；Hoagland等^[44]构建了时间序列、截面回归的暴露-响应模型来检测佛罗里达州赤潮对人体健康的影响，并估计了相关的疾病花费。

4   分析与展望

本文对赤潮灾害的预测、评估及影响进行了概述，可帮助了解赤潮灾害研究的主要内容和关键问题，为进一步研究赤潮灾害提供参考资料。虽然，有关学者已经对赤潮灾害作了大量研究工作，但赤潮灾害的研究相较于其他灾害如地震、洪水、台风等灾害的研究还存在许多不成熟之处，需要在今后的研究中进一步完善。

赤潮灾害预测方面，部分学者采用简化的模式或简单的数学模型往往表现出明显的局限性。因此，在今后的研究中须综合考虑赤潮生态发育过程和环境参量，选择恰当表征赤潮的因子做出更准确的预测，同时为了给减灾防灾提供及时迅速和可靠的科学信息，建立一个赤潮监测、预警和实时预报系统已成为十分迫切的任务。

赤潮灾害评估方面，赤潮灾害风险评估尚没有系统成熟的理论与方法体系可供参考，导致目前专家学者对赤潮灾害的评估仍处于摸索尝试阶段。因此，加强赤潮灾害形成机理的研究分析仍是今后研究的重难点。指标体系应在深刻剖析某海域赤潮成因的基础上根据具体的海域选取。采用层次分析法、德尔菲法、变异系数法和熵值法确定指标权重，这些方法各自的缺点不可避免地会对赤潮灾害风险结果造成影响。因此，未来的研究中可根据指标数据情况选择组合赋权法校正某些方法的偏性，使各种赋权方法的优点融为一体，综合运用和发挥最佳效应。现有的赤潮灾害评估模型更多依赖于人为的简单线性假定，今后的研究可将多个模型的评估结果与实际赤潮发生情况进行比对后选择最符合实际的评估模型。此外，赤潮灾害风险评估的核心要抓住有毒有害赤潮和由其引起的中毒事件及应突出有毒有害赤潮的风险区域和时段。另外，应加强赤潮灾害对海洋生态系统、人体健康、社会经济等多方面的损失评估。

赤潮灾害的影响方面，重大的有毒有害赤潮将导致资源环境破坏、人员伤亡和社会经济损失，把本可以用于发展经济的人力、物力和财力用于灾害救助、抗灾和灾后恢复，这些影响都有待于今后进一步深入研究。