天津
6月11日，中国海洋大学深海圈层与地球系统前沿科学中心/物理海洋教育部重点实验室吴立新院士团队甘波澜教授课题组在Science Advances（《科学进展》）期刊发表题为“Oceanic uptake of CO2enhanced by mesoscale eddies”（中尺度涡增强海洋二氧化碳吸收）的最新研究，首次基于机器学习重建的涡致海-气CO2通量大样本统计，评估中尺度涡对海洋CO2吸收的影响。
海洋占地球表面的71%，每年吸收约四分之一人为排放的CO2，是重要的气候变化“缓冲器”。中尺度涡广泛存在于海洋中，其水平空间尺度约百公里，对海洋的物质输运和能量交换具有重要作用。然而，由于观测的局限性（通常仅能捕捉到涡旋个例）以及涡旋生命周期的复杂性，长期以来，关于中尺度涡对海-气CO2通量的净效应缺乏系统性认识，这限制了对海洋碳汇准确评估的能力。
图1. 反气旋涡导致的海洋CO2吸收增强显著大于气旋涡导致的吸收减弱
研究团队聚焦海洋碳汇与涡旋活动的热点区域——黑潮延伸体区和湾流区，创新性地结合卫星涡旋追踪与机器学习方法，重建了上千个长寿命涡旋全生命周期的海表 CO 2 分压，并系统分析了涡旋导致的 CO 2 通量变化。研究发现，在黑潮延伸体（湾流）区，反气旋涡使海洋 CO 2 吸收增强15.16%（18.48%），而气旋涡则使吸收减弱5.67%（5.04%）（图1）。由于反气旋涡的增强效应显著强于气旋涡的减弱效应，因此中尺度涡总体上使黑潮延伸体（湾流）区海洋CO 2 吸收增加约9.98%（13.82%）。
图2. 本研究提出的中尺度涡增强海洋CO2吸收机制示意图
研究进一步揭示中尺度涡的涡流泵（Eddy Pumping）作用与生物不对称响应导致海洋CO2吸收的净增加（图2）。反气旋涡通过涡流泵作用降低表层溶解性无机碳（DIC）浓度，直接促进CO2吸收。气旋涡的涡流泵虽然增加表层DIC浓度，但其伴随的营养盐输入促进了浮游生物活动，进而消耗了部分DIC，削弱了气旋涡对CO2吸收的抑制效果。
当前全球海洋碳汇的观测评估和主流模式普遍未能充分表征海洋中尺度动力过程，可能导致对海洋实际CO2吸收能力的低估。本研究量化揭示了中尺度涡对海洋吸收大气CO2的净增强效应及其动力-生物耦合机制，为更准确地评估全球海洋碳汇提供了科学依据和改进方向。
李学垠（右）与甘波澜教授
该研究成果由物理海洋教育部重点实验室/未来海洋学院第四期学员/海洋与大气学院2024级在读博士研究生李学垠为第一作者，学校“筑峰工程”第三层次教授甘波澜为通讯作者，联合校内外多位专家学者共同合作完成。研究获国家自然科学基金重大研究计划“西太平洋地球系统多圈层相互作用”集成项目（92258302）资助。
文章链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adt4195
信息来源：中国海洋大学 深海圈层与地球系统前沿科学中心/物理海洋教育部重点实验室 作者：侯霞。
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