海洋亚中尺度动力过程能显著提高副热带流涡区生物碳泵在弱光层的传输效率。近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室海洋模拟与生态动力课题组与合作者，在海洋亚中尺度过程对生物碳泵效率的影响研究方面取得新进展。相关成果发表于《自然-通讯》。
研究人员利用高频BGC-Argo的自主观测能力克服常规观测的不足，解析了中尺度涡旋和亚中尺度锋面动力演化过程对颗粒有机碳（POC）输出通量及垂向传输效率的影响，并外推量化了亚中尺度动力过程对副热带流涡区生物碳泵效率的贡献。
研究结果表明，涡旋在加强期能增加POC的输出通量，但是，并没有增强POC通量在弱光层的传输效率。动力诊断揭示亚中尺度锋面存在加强和衰退期，通过分析这两个时期的POC减小速率，得到锋面加强期POC通量的垂向分布和拟合的马丁曲线。在锋面加强期，相对于气旋涡，锋面显著增强了真光层底部的POC输出通量，达到了2.11 mmol C m-2d-1。此外，马丁曲线衰减系数（b值）为0.56。弱光层底部和真光层底部的POC通量比值在锋面加强期、涡旋加强期分别为37%、12%，而历史观测平均值为10%。
因此，在亚中尺度锋面加强期内，POC通量在弱光层的传输效率显著高于中尺度涡旋和历史观测平均值。亚中尺度过程通过增加真光层内营养盐的垂向供给，促进局地大浮游植物的生长，导致较大颗粒物快速沉降，可能是其提高POC通量传输效率的潜在机制。此外，物理潜沉作用在弱光层的上层对POC通量传输效率的加强也有一定的贡献。
利用副热带流涡区衰减系数的历史观测数据与反映锋面强度的温度梯度进行回归分析，发现b值与温度梯度呈现明显的负相关关系，表明锋面强度增强会引起b值的降低。与以往研究经常分析的b值与温度的关系有所不同，b值与温度梯度的关系可以解释POC的生产过程。将此线性关系扩展至副热带流涡区，发现本研究计算得到的平均b值与观测更为接近。在海盆尺度上的计算表明，忽略亚中尺度过程可能造成对副热带流涡区深海碳通量的低估达20%~58%。
论文第一作者、中国科学院南海海洋研究所副研究员郭铭先表示，北太平洋副热带流涡区是全球海洋主要碳汇区之一。目前大部分现场观测或数值模式未考虑海洋亚中尺度过程的影响，这给副热带流涡区的生物碳泵估算带来很大的不确定性。
该研究通过BGC-Argo高频观测捕捉并量化事件性的海洋中小尺度过程对局地POC输出通量和传输效率的影响，揭示了亚中尺度动力过程对副热带流涡区生物碳泵效率的加强作用。副热带流涡区是海洋中小尺度动力过程活跃的区域，因此，该研究结果强调了考虑亚中尺度过程对于准确估算副热带流涡区固碳和储碳能力的重要性。
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-024-44846-7
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