冬季海冰大幅提升南大洋二氧化碳吸收能力

在冬季海冰持续时间较长的年份，海洋从大气中吸收的CO₂总量将比海冰形成较晚或提前消失的年份高出20%。这是因为海冰能保护海洋免受强劲冬季风的影响，这些风会驱动海洋表层与富含碳的深层水体混合。

这些基于南极半岛西部沿岸系统收集数据的研究结果表明，冬季发生的过程对于解释这种CO₂吸收量的变化至关重要。

该研究由东英吉利大学（UEA）的科学家领导，与阿尔弗雷德·韦格纳研究所（AWI，德国）、英国南极调查局（BAS，英国）及挪威海洋研究所（IMR，挪威）的同事合作完成。研究成果发表于今日的《通讯-地球与环境》期刊。

全球海洋吸收了人类排放到大气中约四分之一的CO₂。其中约40%由南大洋吸收，研究人员希望探究其逐年变化显著的原因。

论文第一作者、东英吉利大学环境科学学院的Elise Droste博士表示："我们对南大洋碳循环的认识尚不完整，因此无法预测其未来吸收大气CO₂的能力——亦即其对减缓气候变化的贡献——将增强、减弱还是维持不变。

"无论结果如何，都将影响未来气候形态及其变化速度。为改进预测，我们的研究表明需要关注海冰如何影响海洋深层与浅层之间的碳交换。这要求我们在南大洋开展更多冬季观测。"

环绕南极半岛西部的大部分南大洋区域冬季覆盖着海冰，这些海冰在春夏季节消融。春夏季节，浮游植物生长和融冰水导致海洋表层CO₂浓度降低，使南大洋得以大量吸收大气CO₂，显著减轻人为排放的全球影响。

冬季海冰形成时，其下方的海水与蕴藏大量已存在数世纪的"自然"碳的深层水体混合。这可能导致海洋表层CO₂浓度升高至足以向大气释放的程度。

海冰阻挡了大部分此类CO₂"脱气"现象。然而在自然季节周期中，部分CO₂仍会逸出海洋。这种季节性平衡意味着南大洋全年吸收的CO₂总量往往取决于夏季吸收量与冬季释放量的差值。

Droste博士指出："我们尚未掌握驱动这种逐年变化的机制，这阻碍了全面理解该系统及提升预测海洋未来CO₂吸收量变化的能力。主要原因是南大洋数据相对匮乏，尤其缺乏冬季观测数据。

"在南大洋恶劣的天气和海况下收集数据极具挑战性，更不用说海冰覆盖使大部分区域无法抵达，即便最强破冰船也难以进入。但本研究让我们朝着正确方向迈进了一步。"

该研究利用了2010-2020年由英国南极调查局主导维护的时间序列数据，该数据集包含南极半岛西部的全年测量记录。在英国南极科考站罗瑟拉，海洋科学家在莱德湾测量海水物理特性，并采集营养盐与CO₂样本，分别在罗瑟拉站和东英吉利大学进行分析。

研究团队结合同步采集的其他物理化学数据，揭示了海冰持续时间长短年份的本质差异。

英国南极调查局的Hugh Venables博士表示："多位海洋科学家在南极半岛罗瑟拉站越冬，通过小船或冰上雪橇采集样本，历时25年构建了独特的全年海洋环境时间序列。

"这项重要成果彰显了冬季采样的价值，有望推动人类和自主技术在南大洋开展更多全年观测。"

东英吉利大学海洋生物地球化学教授Dorothee Bakker补充道："在固定地点持续采集全年数据，使我们既能探究特定海域海洋CO₂吸收量年际波动的关键机制，也能借此深化对整个南大洋运作规律的理解。"

本研究还涉及意大利国家海洋学与应用地球物理研究所及瑞典哥德堡大学的科学家。项目获得英国自然环境研究理事会和欧盟"地平线2020"科研创新计划的资助。