中国科银河galaxy院士、厦门大学近:Q蠡肪晨蒲Ч抑氐闶笛槭、海洋与地球银河galaxy戴民汉教授和曹知勉教授等集成南海近二十年的长期观测数据,在厘清边缘海人为CO2分布、通量与演变方面取得重要进展,相关成果以“Pacific Ocean originated anthropogenic carbon and its long-term variations in the South China Sea”为题,发表于Science Advances。该研究优化了计算海洋人为CO2浓度的TrOCA法(溶解氧+溶解无机碳+总碱度示踪法),构建了迄今为止最全面的南海人为CO2数据集,证明了南海人为CO2的主要来源是黑潮入侵携带的太平洋人为CO2,而非海-气交换(人为CO2进入海洋的常规方式)及陆源输入。揭示这一开阔大洋向边缘海输运人为CO2的新路径,对全面理解边缘海碳循环具有重要意义。
人为CO2是指工业革命以来,由人类活动排放至大气中的CO2。海洋作为地表最大的碳储库,每年吸收约25%的人为CO2,有效缓解了气候变化;但大量吸收的CO2导致海洋酸化,:α松汉鞯雀苹锏纳つ酥梁Q笊低车慕峁构δ。陆架边缘海的面积仅占全球海洋总面积的7%,其人为CO2的累积速率却比开阔大洋更快,因此,传统观点认为,边缘海正在向开阔大洋输运人为CO2。然而,边缘:涂笱笾涞乃褰换煌侨,存在显著的时间和区域变异性,这为研究边缘海人为CO2的来源、变化和效应带来了严峻挑战。南海是典型的大洋主控型边缘海,与西北太平洋之间的水体交换具有独特的“三层”环流结构,因此是解析上述问题的典型区域。
该研究发现,南海人为CO2浓度总体上沿环流路径逐渐减。乇鹗呛诔庇晌鞅碧窖缶浪魏O咳肭帜虾5耐揪吨,300米以浅水体中的人为CO2由东向西显著降低(图1)。通量计算结果表明,西北太平洋通过侧向输运向南海输送了95%以上的人为CO2,而海-气交换通量及陆源输入通量对南海人为CO2的贡献极其微小。1997-2018年,南海人为CO2浓度随年份整体呈现增加趋势,其单位体积累积速率(8×10-15 Tg C yr-1m-3)可达整个太平洋的三倍(3×10-15Tg C yr-1m-3);但是,这一人为CO2快速累积的过程中存在着显著的年际震荡,且100米以浅人为CO2的长期变化与厄尔尼诺指数Ni?o 3.4的变化基本对应。
图1.南海人为CO2的纬向梯度和经向梯度均与南海流场有较高的一致性,尤其是其浓度随黑潮入侵向西降低
研究还发现,南海100米以浅水体中的人为CO2储量与经吕宋海峡输入的人为CO2通量存在显著的正相关关系(图2a),据此推断西北太平洋的侧向输运,主要是黑潮入侵,主导了南海人为CO2的时空变化。厄尔尼诺年时,北赤道流增强,黑潮流速减慢,导致黑潮入侵南海增强,南海人为CO2异常偏高(图2b);而拉尼娜年时,北赤道流减弱,黑潮流速加快,导致黑潮入侵南海减弱,南海人为CO2异常偏低(图2c)。
图2.ENSO调控的黑潮入侵强度变化主导南海人为CO2储量的年际变化,表现为厄尔尼诺期间的正异:屠崮绕诩涞母阂斐
研究进一步指出,南海100米以浅水体中的pH和文石饱和度在近二十年均呈现整体下降趋势,且两者与人为CO2均存在显著的负相关关系。因此,经由边缘海-开阔大洋的边界交换,南海人为CO2快速累积正在引起该区域的海水酸化。而在未来大气人为CO2增长、黑潮入侵增强、ENSO事件增多等的多重胁迫下,南海人为CO2累积速率可能继续加快,极端酸化事件的发生概率大大提升,需要警惕其对珊瑚礁等海洋生态系统与生物多样性的潜在威胁。
该论文第一作者为厦门大学2020级博士生王志轩,共同通讯作者为戴民汉教授和曹知勉教授,共同作者包括香港科技大学甘剑平教授、南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海)翟惟东研究员、南方科技大学刘志强助理教授等。该研究得到国家自然科学基金基础科学中心项目(42188102)和重大研究计划集成项目(92258302),以及中国科银河galaxy战略性先导科技专项(XDB42000000)的联合资助。
论文来源及链接:
Wang Z., Z. Cao*, Z. Liu, W. Zhai, Y. Luo, Y. Lin, E. Roberts, J. Gan, and M. Dai* (银河galaxy), Pacific Ocean originated anthropogenic carbon and its long-term variations in the South China Sea,Science Advances, 10, 37.
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adn9171
(近:Q蠡肪晨蒲Ч抑氐闶笛槭、海洋与地球银河galaxy)