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修鹏教授与合作者在西北太平洋中小尺度动力过程对颗粒碳输出的季节性调控机制方面取得新进展，相关成果发表于Global Biogeochemical Cycles.该研究量化了西北太平洋副热带流涡区中小尺度动力过程对颗粒碳输出的贡献，拓展了以往侧重于物理潜沉作用的研究视角。

研究背景

海洋生物碳泵（BCP）是调节全球气候的重要机制，其通过生物作用将大气中二氧化碳转化为有机碳并输送至深海。在这一过程中，颗粒有机碳（POC）的重力沉降发挥着核心作用。近年来，随着高分辨率观测与模拟技术的发展，广泛存在于海洋中的中尺度涡旋和亚中尺度锋面等中小尺度动力过程（尺度在1-100公里）被认为对颗粒碳输出具有重要影响。前期研究主要聚焦于中小尺度过程引起的物理潜沉效应，即认为这些物理过程能直接将表层富含有机碳的水体输送至真光层以下甚至中层海洋。然而，这种物理输运在时空上具有极强的偶发性，且伴随着补偿性的上升流，导致其对海盆尺度碳输出的净贡献尚存争议。特别是在广阔的贫营养副热带流涡区，中小尺度过程究竟是促进还是抑制了碳输出，及其关键作用路径至今未有定论。

研究结果

针对上述科学难题，研究团队构建了多个分辨率的物理-生物地球化学耦合模型，并结合BGC-Argo浮标观测数据，在西北太平洋副热带流涡区开展了系统研究。发现中小尺度过程对碳输出的影响存在显著的季节性反转特征（图1）：在夏秋季混合层变浅阶段，中小尺度过程表现为增强效应，使碳输出提升高达42.4%；而在冬春季混合层加深阶段，则转变为抑制效应，最大抑制幅度达35.8%。尽管在年平均尺度上，这种正负效应的相互抵消使得中小尺度过程对碳输出的净贡献仅为2.6%–5.0%，但其引发的季节性振荡幅度十分显著。

上述这种季节性差异主要与营养盐供应进而影响浮游植物生长的“生物途径”有关，并且这种调控在不同季节由不同的动力过程主导（图2）。在夏秋季，次表层活跃的斜压不稳定过程增强了垂向混合与上升流，有效地将深层营养盐输送至真光层，从而促进了浮游植物的生长及随后的颗粒物输出。在冬春季，表面强烈的锋生过程引发了显著的辐聚和下降流，不仅阻碍了深层营养盐的向上补给，还将部分浮游植物带离光照充足的生长层，导致初级生产力和碳输出下降。

图1.西北太平洋副热带流涡区中小尺度过程对POC输出通量的影响

(a)-(c) 高分辨率模型模拟的POC输出通量、水平浮力梯度和归一化相对涡度空间分布；(d)-(e) 不同分辨率模型模拟的POC输出通量时间序列及其相对差异

图2.中小尺度动力过程驱动的物理机制与生物地球化学响应的季节性演变（1/72度分辨率模拟结果减去1/24度分辨率模式结果）

（a-c）展示了物理动力过程的差异，包括归一化锋生函数（a）、浮力通量（b）及垂向速度方差（c）；（d-g）展示了生物地球化学要素的差异，包括垂向速度（d）、硝酸盐浓度（e）、浮游植物生长率（f）及POC浓度（g）

该研究量化了西北太平洋副热带流涡区中小尺度动力过程对颗粒碳输出的贡献，发现了其存在季节性反转调节的特征。研究结果补充并拓展了以往侧重于物理潜沉作用的研究视角，强调了在寡营养海域中，中小尺度过程通过调控营养盐供给进而影响生物泵效率这一机制的重要性。尽管其年净贡献量有限，但忽略这一过程将导致无法准确模拟海洋碳循环的季节性波动。

研究团队及资助

该论文第一作者为中国科学院南海海洋研究所郭铭先副研究员，通讯作者为厦门大学修鹏教授，合作者包括中国科学院南海海洋研究所唐世林研究员。该研究获得了国家重点研发计划、国家自然科学基金等的联合资助。

论文来源及链接

Guo, M., Xiu, P.*, & Tang, S. (2025). Fine‐scale ocean dynamics modulate seasonal carbon export in the Northwest Pacific. Global Biogeochemical Cycles, 39, e2025GB008772.

https://doi.org/10.1029/2025GB008772

供稿：修鹏

编辑：朱佳 苏颖

排版：陈蕾

审核：鲍红艳 柳欣 曹知勉