研究人員發現，南大洋吸收二氧化碳的能力比過去的估計高出25%。海氣直接測量結果表明，先前的模型低估了二氧化碳的吸收量，這突顯出需要更準確的氣候評估。

為這項研究收集數據的通量系統目前正在一艘新的研究船上使用，這就是大衛-愛登堡爵士號（RRS Sir David Attenborough）。圖為2024 年大衛-愛登堡爵士號（RRS Sir David Attenborough）在南極洲進行考察航行時所使用的二氧化碳通量系統。圖片來源：湯姆-貝爾/PML

由東英吉利大學（UEA）和普利茅斯海洋實驗室（PML）領導的新研究發現，南大洋吸收的二氧化碳（CO2）比以前想像的要多。

透過直接測量空氣和海洋之間的二氧化碳交換或通量，科學家發現南極洲周圍海洋吸收的二氧化碳比以前根據船上數據間接估計的多25%。

南大洋在吸收人類活動排放的二氧化碳方面發揮著重要作用，而這個過程對控制地球氣候至關重要。然而，這種通量的大小和變化存在著很大的不確定性。

迄今為止，對它的估算一直使用船載測量數據，例如為地表海洋二氧化碳圖集（SOCAT）從研究船和無人駕駛帆船上收集的數據、從部署在海洋中的剖面浮標上獲得的數據，以及全球海洋生物地球化學模型。這些不同的方法導致了估算結果的巨大差異。

這項新研究採用了一種名為”渦度協方差”的新技術–將通量系統安裝在船隻的前桅上–在該地區的七次考察航行中直接測量空氣-海洋二氧化碳通量。

發表在《科學進展》（Science Advances）雜誌上的研究結果表明，夏季南大洋很可能是一個強大的二氧化碳吸收匯，這對根據浮游數據和模型模擬得出的弱得多的估計結果提出了質疑，作者說，這些估計結果”大大低估了”觀測到的二氧化碳吸收量。

作者認為，這種差異可以透過考慮海洋上層的溫度變化和有限的分辨率來解釋，例如平均時間尺度過長或取樣間隔過大。

新發現對氣候模式的影響

領銜作者、UEA 海洋與大氣科學中心(COAS) 和PML 的Yuanxu Dong 博士目前在基爾的GEOMAR Helmholtz 海洋研究中心工作，該中心由洪堡基金會獎學金資助。他說：「這是首次使用大量直接的空氣-海洋二氧化碳通量觀測數據來評估南大洋現有的通量產品。我們的研究結果提供了直接的觀測證據，證明南大洋吸收的二氧化碳可能比以前認識的要多。

“準確量化南大洋二氧化碳匯對於評估地球氣候至關重要。然而，南大洋是對其二氧化碳匯能力估計最不確定的區域。我們的研究減少了這種不確定性，增進了對南大洋二氧化碳吸收的了解，我們建議今後的估算應包括溫度調整和更高解析度的重建和建模”。

研究小組成員還包括德國阿爾弗雷德-魏格納研究所和馬克斯-普朗克研究所、比利時佛蘭德斯海洋研究所和美國夏威夷大學的科學家，他們調查了現有二氧化碳通量估算中的不一致之處，然後利用渦度協方差通量觀測來評估不同的資料集。

巡航資料涵蓋了2019 年和2020 年南極夏季約3300 小時（約175 天）的測量，在研究中定義為11 月至隔年4 月，測量區域為高度動態的鋒面帶。測量每小時進行一次，相較之下，浮標測量大約每10 天進行一次。

研究的合著者、PML 化學海洋學家楊明熙博士說：”南大洋是一個重要的二氧化碳匯，但海洋吸收二氧化碳的量級和位置並不確定。PML的自主高頻渦度協方差系統大大增加了該地區直接空氣-海洋二氧化碳通量測量的數量。這些數據，並闡明了改進這些數據的方法”。

擴大二氧化碳通量觀測的挑戰與機遇

缺乏冬季數據是船隻的一個常見問題，因為在那個時候很難進入該區域，而浮標可以部分解決這個問題。作者承認，他們的巡航數據只涵蓋了南大洋夏季的部分區域，但他們表示，繼續努力進行高品質的觀測對於改善海氣二氧化碳通量的估算至關重要。

這可能包括將測量擴大到更多的船隻，進一步部署浮標和無人駕駛帆船，特別是在冬季。透過無人值守平台在冬季進行更多觀測，也有助於填補季節性資料缺口。

論文合著者、PML 海洋-大氣生物地球化學家湯姆-貝爾（Tom Bell）教授補充說：”我們最近把通量系統搬到了新的破冰船’大衛-愛登堡爵士號’（RRSSir David Attenborough）上，並在今年早些時候在威德爾海的一次研究巡航中收集了第一組通量測量數據。預測未來變化至關重要。

結論和行動呼籲

研究人員還警告說，船上表層海洋二氧化碳測量的數量近年來急劇下降，部分原因是COVID 大流行，但也與資金減少有關。例如，SOCAT 的年度資料集數量從2017 年到2021 年減少了35%，南大洋減少了40%。

英國能源大學大氣研究中心（COAS）的多羅特-巴克（Dorothee Bakker）博士是SOCAT 的主席：「為了限制南大洋對二氧化碳的吸收，支持世界氣象組織的全球溫室氣體觀察監測計劃，並為氣候政策提供信息，我們確實需要持續並擴大對錶層海洋二氧化碳測量及其SOCAT 綜合的資助。

編譯自/ ScitechDaily