研究人员发现，南大洋吸收二氧化碳的能力比过去的估计高出 25%。海气直接测量结果表明，以前的模型低估了二氧化碳的吸收量，这突出表明需要更准确的气候评估。

为这项研究收集数据的通量系统目前正在一艘新的研究船上使用，这就是大卫-爱登堡爵士号（RRS Sir David Attenborough）。图为 2024 年大卫-爱登堡爵士号（RRS Sir David Attenborough）在南极洲进行考察航行时使用的二氧化碳通量系统。图片来源：汤姆-贝尔/PML

由东英吉利大学（UEA）和普利茅斯海洋实验室（PML）领导的新研究发现，南大洋吸收的二氧化碳（CO2）比以前想象的要多。

通过直接测量空气和海洋之间的二氧化碳交换或通量，科学家们发现南极洲周围海洋吸收的二氧化碳比以前根据船上数据间接估计的多 25%。

南大洋在吸收人类活动排放的二氧化碳方面发挥着重要作用，这一过程对控制地球气候至关重要。然而，这种通量的大小和变化存在很大的不确定性。

迄今为止，对它的估算一直使用船载测量数据，例如为地表海洋二氧化碳图集（SOCAT）从研究船和无人驾驶帆船上收集的数据、从部署在海洋中的剖面浮标上获得的数据，以及全球海洋生物地球化学模型。这些不同的方法导致了估算结果的巨大差异。

这项新研究采用了一种名为"涡度协方差"的新技术--将通量系统安装在船只的前桅上--在该地区的七次考察航行中直接测量空气-海洋二氧化碳通量。

发表在《科学进展》（Science Advances）杂志上的研究结果表明，夏季南大洋很可能是一个强大的二氧化碳吸收汇，这对根据浮游数据和模型模拟得出的弱得多的估计结果提出了质疑，作者说，这些估计结果"大大低估了"观测到的二氧化碳吸收量。

作者认为，这种差异可以通过考虑海洋上层的温度变化和有限的分辨率来解释，例如平均时间尺度过长或取样间隔过大。

新发现对气候模型的影响

领衔作者、UEA 海洋与大气科学中心 (COAS) 和 PML 的 Yuanxu Dong 博士目前在基尔的 GEOMAR Helmholtz 海洋研究中心工作，该中心由洪堡基金会奖学金资助。他说："这是首次使用大量直接的空气-海洋二氧化碳通量观测数据来评估南大洋现有的通量产品。我们的研究结果提供了直接的观测证据，证明南大洋吸收的二氧化碳可能比以前认识到的要多。

"准确量化南大洋二氧化碳汇对于评估地球气候至关重要。然而，南大洋是对其二氧化碳汇能力估计最不确定的区域。我们的研究减少了这种不确定性，增进了对南大洋二氧化碳吸收的了解，我们建议今后的估算应包括温度调整和更高分辨率的重建和建模"。

该研究小组成员还包括德国阿尔弗雷德-魏格纳研究所和马克斯-普朗克研究所、比利时佛兰德斯海洋研究所和美国夏威夷大学的科学家，他们调查了现有二氧化碳通量估算中的不一致之处，然后利用涡度协方差通量观测来评估不同的数据集。

巡航数据涵盖了 2019 年和 2020 年南极夏季约 3300 个小时（约 175 天）的测量，在研究中定义为 11 月至次年 4 月，测量区域为高度动态的锋面带。测量每小时进行一次，相比之下，浮标测量大约每 10 天进行一次。

该研究的合著者、PML 化学海洋学家杨明熙博士说："南大洋是一个重要的二氧化碳汇，但海洋吸收二氧化碳的量级和位置并不确定。PML的自主高频涡度协方差系统大大增加了该地区直接空气-海洋二氧化碳通量测量的数量。这篇论文首次在大时空尺度上对二氧化碳通量的直接测量结果与粗略数据产品和全球模型的估算结果进行了比较。它有助于验证这些数据，并阐明了改进这些数据的方法"。

扩大二氧化碳通量观测的挑战与机遇

缺乏冬季数据是船只的一个普遍问题，因为在那个时候很难进入该区域，而浮标可以部分解决这个问题。作者承认，他们的巡航数据只覆盖了南大洋夏季的部分区域，但他们表示，继续努力进行高质量的观测对于改进海气二氧化碳通量的估算至关重要。

这可能包括将测量扩大到更多的船只，进一步部署浮标和无人驾驶帆船，特别是在冬季。通过无人值守平台在冬季进行更多观测，也有助于填补季节性数据缺口。

论文合著者、PML 海洋-大气生物地球化学家汤姆-贝尔（Tom Bell）教授补充说："我们最近把通量系统搬到了新的破冰船'大卫-爱登堡爵士号'（RRSSir David Attenborough）上，并于今年早些时候在威德尔海的一次研究巡航中收集了第一组通量测量数据。我们的目标是在未来几年继续开展这项有价值的工作，这对监测当前气候和预测未来变化至关重要。"

结论和行动呼吁

研究人员还警告说，船载表层海洋二氧化碳测量的数量近年来急剧下降，部分原因是 COVID 大流行，但也与资金减少有关。例如，SOCAT 的年度数据集数量从 2017 年到 2021 年减少了 35%，南大洋减少了 40%。

英国能源大学大气研究中心（COAS）的多罗特-巴克（Dorothee Bakker）博士是 SOCAT 的主席："为了限制南大洋对二氧化碳的吸收，支持世界气象组织的全球温室气体观察监测计划，并为气候政策提供信息，我们确实需要持续并扩大对表层海洋二氧化碳测量及其 SOCAT 综合的资助。"

编译自/ScitechDaily