冬季海冰大幅提升南大洋的二氧化碳吸收能力

在冬季海冰持续时间较长的年份，海洋从大气中吸收的二氧化碳（CO₂）总量将比海冰形成较晚或消退较早的年份高出20%。这是因为海冰能保护海洋免受强冬季风的影响，这些风会驱动海洋表层与其富含碳的深层水体之间的混合。

这些基于南极半岛西部沿海系统所收集数据的发现表明，冬季发生的情况对于解释二氧化碳吸收量的这种年际变化至关重要。

该研究由东英吉利大学（UEA）的科学家领导，并与阿尔弗雷德·韦格纳研究所、亥姆霍兹极地与海洋研究中心（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。研究成果今日发表于《通讯-地球与环境》（Communications Earth & Environment）期刊。

全球海洋吸收人类排放到大气中约四分之一的二氧化碳。其中约40%由南大洋承担，研究人员希望了解其年际波动如此显著的原因。

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——即对减缓气候变化的贡献——将增强、减弱还是保持稳定。

"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。为此，我们需要在南大洋开展更多冬季观测。"

南极半岛西部周边的大部分南大洋区域冬季被海冰覆盖，春夏季节消融。春夏时节，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，其下方海水与富含数百年来积累的'天然'碳的深层水体混合，导致海洋表层CO₂浓度升高至可能向大气释放的程度。

海冰阻挡了大部分此类CO₂'脱气'现象。然而，部分CO₂逃逸海洋属于自然季节周期的一部分。这种季节性平衡意味着南大洋全年吸收的CO₂总量通常取决于夏季吸收量与冬季释放量的对比。

Droste博士指出："我们尚未掌握驱动这种年际变化的机制，这阻碍了全面理解该系统及提升海洋未来CO₂吸收量预测的准确性。一个重要原因是南大洋数据相对匮乏，尤其是冬季数据。

"在南大洋恶劣的天气和海况下收集观测数据极具挑战性，更不用说海冰覆盖导致大部分区域即使最强破冰船也无法抵达。但这项研究使我们朝着正确方向迈进了一步。"

该研究采用2010-2020年期间的数据，该时间序列由英国南极调查局主导维护，沿南极半岛西部进行全年测量。在英国的罗瑟拉南极科考站，海洋科学家们测量了莱德湾海水的物理特性，并采集了营养盐与CO₂分析样本，相关分析在罗瑟拉站和东英吉利大学完成。

研究团队利用同步收集的其他物理化学数据，揭示了海冰持续时间长短年份之间的差异成因。

英国南极调查局的Hugh Venables博士表示："多名海洋科学家曾在南极半岛的罗瑟拉站越冬，通过小船或海冰雪橇采集这些及其他样本，历时25年构建了独特的全年海洋环境时间序列。

"这一重要成果彰显了冬季采样的价值，有望推动更多人类与自主技术在南大洋开展全年观测。"

东英吉利大学海洋生物地球化学教授Dorothee Bakker补充道："这些全年定点采集的数据不仅让我们能探究特定海域CO₂吸收年际变动的机制，也有助于深化对整个南大洋运作原理的理解。"

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"研究与创新计划的资助。