海洋亞中尺度動力過程能顯著提高副熱帶流渦區生物碳泵在弱光層的傳輸效率。近日，中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋環境國家重點實驗室海洋模擬與生態動力課題組與合作者，在海洋亞中尺度過程對生物碳泵效率的影響研究方面取得新進展。相關成果發表于《自然-通訊》。
研究人員利用高頻BGC-Argo的自主觀測能力克服常規觀測的不足，解析了中尺度渦旋和亞中尺度鋒面動力演化過程對顆粒有機碳（POC）輸出通量及垂向傳輸效率的影響，并外推量化了亞中尺度動力過程對副熱帶流渦區生物碳泵效率的貢獻。
研究結果表明，渦旋在加強期能增加POC的輸出通量，但是，并沒有增強POC通量在弱光層的傳輸效率。動力診斷揭示亞中尺度鋒面存在加強和衰退期，通過分析這兩個時期的POC減小速率，得到鋒面加強期POC通量的垂向分布和擬合的馬丁曲線。在鋒面加強期，相對于氣旋渦，鋒面顯著增強了真光層底部的POC輸出通量，達到了2.11 mmol C m-2d-1。此外，馬丁曲線衰減系數（b值）為0.56。弱光層底部和真光層底部的POC通量比值在鋒面加強期、渦旋加強期分別為37%、12%，而歷史觀測平均值為10%。
因此，在亞中尺度鋒面加強期內，POC通量在弱光層的傳輸效率顯著高于中尺度渦旋和歷史觀測平均值。亞中尺度過程通過增加真光層內營養鹽的垂向供給，促進局地大浮游植物的生長，導致較大顆粒物快速沉降，可能是其提高POC通量傳輸效率的潛在機制。此外，物理潛沉作用在弱光層的上層對POC通量傳輸效率的加強也有一定的貢獻。
利用副熱帶流渦區衰減系數的歷史觀測數據與反映鋒面強度的溫度梯度進行回歸分析，發現b值與溫度梯度呈現明顯的負相關關系，表明鋒面強度增強會引起b值的降低。與以往研究經常分析的b值與溫度的關系有所不同，b值與溫度梯度的關系可以解釋POC的生產過程。將此線性關系擴展至副熱帶流渦區，發現本研究計算得到的平均b值與觀測更為接近。在海盆尺度上的計算表明，忽略亞中尺度過程可能造成對副熱帶流渦區深海碳通量的低估達20%~58%。
論文第一作者、中國科學院南海海洋研究所副研究員郭銘先表示，北太平洋副熱帶流渦區是全球海洋主要碳匯區之一。目前大部分現場觀測或數值模式未考慮海洋亞中尺度過程的影響，這給副熱帶流渦區的生物碳泵估算帶來很大的不確定性。
該研究通過BGC-Argo高頻觀測捕捉并量化事件性的海洋中小尺度過程對局地POC輸出通量和傳輸效率的影響，揭示了亞中尺度動力過程對副熱帶流渦區生物碳泵效率的加強作用。副熱帶流渦區是海洋中小尺度動力過程活躍的區域，因此，該研究結果強調了考慮亞中尺度過程對于準確估算副熱帶流渦區固碳和儲碳能力的重要性。