近日，厦门大学海洋与地球学院、海洋生物地球化学全国重点实验室黄毅彬副教授团队，在南海颗粒有机碳动态和输出效率的研究中取得新进展，相关成果以“Physical and Ecological Forcings Drive the Particle Dynamics and Enhanced Carbon Export Efficiency in the Tropical Marginal Sea”为题，发表于Geophysical Research Letters。

该研究利用前沿的水下颗粒物原位成像设备，并进一步融合卫星遥感、历史船基观测资料以及参数化模型等综合研究手段，解析南海上层颗粒物高分辨率的时空动态机制，并精确定量了生物泵强度和效率。

研究背景

边缘海仅占据全球海洋面积的7–8%，但却贡献约28%的全球初级生产以及80%的沉积物碳埋藏，在全球碳循环中发挥重要作用。海洋生物泵是维持海洋碳汇的重要机制，主要通过有机碳颗粒物生产、转化和垂直传输等一系列生物介导过程，将碳从上层到深层转移。边缘海位于 “海洋—陆地—大气”多圈层相互作用的交汇区域，受到活跃的人类活动和全球变化的影响，其生物泵过程存在高度的时空变异性和复杂调控机制。然而，传统基于沉积物捕获器或放射性同位素（如²³⁴Th, ²¹⁰Po）示踪的观测方法，受限于离散采样和有限的时空覆盖，难以系统刻画其连续、多尺度的变化特征，成为精准量化边缘海碳循环过程的主要瓶颈。

研究结果

研究团队引入水下颗粒物成像剖面仪（Underwater Vision Profiler 5, UVP5） 开展原位观测（图1）。该仪器可随CTD下放，以每秒20帧的频率在约1L的成像体积中高分辨率的拍摄海水中颗粒物图像剖面，并将颗粒物识别、分割成不同粒径尺寸的个体统计。通过搭载厦门大学“嘉庚号”科考船，利用UVP5 在南海开展多季节的大面观测，收集了原位的高分辨海洋颗粒的丰度和粒径结构的特征数据。

图1. 水下颗粒物原位成像仪

图2. 基于水下颗粒物原位成像仪观测的南海颗粒有机碳特征的采样位置以及机器学习模型性能

不同物理化学过程塑造了南海各生态分区的颗粒物动态特征

为了进一步弥补观测的时空局限，基于现场观测颗粒物数据，结合机器学习算法，构建多源环境参数和颗粒物动态特征的关系，实现对南海不同生态分区（羽流、上升流和南北海盆）月份态颗粒物动态特征的系统预测。本研究发现南海不同生态分区内，由于其主导的物理过程差异，其颗粒物的丰度和粒径分布呈现出不同动态特征 （图2）。受到冬季季风驱动的垂直混合影响，南海全域存在冬季的颗粒物丰度峰值；而越南沿岸涡旋上升流和珠江羽流影响的海区表现为夏冬双峰结构，主要归结于上升流和羽流带来的营养盐补充。总体来说，南海大部分区域的颗粒物丰度和大颗粒比例往往协同增加，而羽流区颗粒物体积和粒径分布解耦，其暗示近岸的高生产力区域可能存在更复杂的生态机制。

图3. 南海不同生态分区（羽流区、北部海盆、南部海盆和西部上升流区）的颗粒丰度和粒径结构的季节和空间变化特征

南海真光层界面颗粒有机碳输出通量和效率估算

研究团队进一步构建基于颗粒物粒径谱结构预测碳输出的模型。为了提升模型预测准确性，研究团队收集了南海已发表的沉积物捕获器和²³⁴Th方法测定的POC输出通量数据，并对这个模型参数进行区域优化。通过结合区域优化后模型和南海月份气候态颗粒物特征，研究团队估算了南海全域的真光层界面年输出通量为111.7 ± 6.0 Tg C yr⁻¹，相当于初级生产力的 17.5 ± 0.9 % （图4）。 研究表明南海碳输出效率高于同纬度的大洋区域，与亚极地区域相似，突出了边缘海高的固碳潜力，这可能和风生混合，涡旋上升流，羽流和黑潮入侵等多种物理过程驱动的营养盐上层供应增强有关。

图4. 基于区域优化后的粒径谱模型估算的南海的输出通量以及其与其他碳输出模型预测的对比

该研究利用先进的原位成像观测技术，并结合机器学习、卫星遥感、历史船基观测以及半机理模型等多种手段，系统刻画边缘海生物泵的高度动态特征，并从颗粒物动态与碳通量角度，揭示南海生物泵过程具有较高的碳输出效率，深化了对边缘海碳汇过程及其物理—生态耦合机制的理解。

研究团队及资助

该论文第一作者为厦门大学2023级博士研究生许增超，通讯作者为黄毅彬副教授，共同作者还包括黄邦钦教授，柳欣教授，陈纪新高级工程师，徐飞鹏工程师，博士研究生王义冲，李炜男和博士毕业生范文鑫。 该研究获得国家自然科学基金项目（42130401、42406099、42122044、42141002），厦门市自然科学基金项目（3502Z202472006）及中央高校基本科研业务费 (20720240053、20720240105) 的联合资助。该研究在国家自然科学基金共享航次 (41849901,41949901)，“嘉庚号”科考船执行的KK1904, NORC2019-06, NORC2022-06系列航次的支持下完成。

论文来源及链接

Xu, Z., Huang, Y., Xu, F., Wang, Y., Fan, W., Li, W., et al. (2026). Physical and ecological forcings drive the particle dynamics and enhanced carbon export efficiency in the tropical marginal sea. Geophysical Research Letters, 53 (8), e2025GL118489. https://doi.org/10.1029/2025GL118489

供稿：许增超 黄毅彬 黄邦钦

编辑：房月 苏颖

排版：陈蕾

审稿：郑强 曹知勉