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戴民汉团队在Annual Review of Earth and Planetary Sciences发表近海碳通量最新集成研究

2022/03/22点击次数:

厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室(MEL)戴民汉教授团队在海洋碳循环领域开展了一系列高水平与系统性的研究工作,获得了国内外同行的广泛关注。应Annual Review of Earth and Planetary Sciences邀约,戴民汉教授与国内外合作者撰写题为“Carbon Fluxes in the Coastal Ocean: Synthesis, Boundary Processes and Future Trends”的综述论文于日前正式上线,全面总结全球近海碳源汇格局与控制过程,并展望未来碳中和路径下的发展趋势。


Annual Review of Earth and Planetary Sciences隶属于Annual Reviews出版社,该出版社专注于出版综述期刊,回顾本学科最前沿的进展,为科学研究提供方向性指导;Annual Reviews综述的所有议题都经过编辑委员会的遴选,委员会成员和综述作者都是各学科领域里最杰出的代表,所有的综述文章也都是特邀撰稿。Annual Reviews 系列期刊是引证率最高的出版物,JCR 收录的期刊中,Annual Reviews系列期刊的影响因子几乎在其相应学科中均排名前十位。Annual Review of Earth and Planetary Sciences创刊于1973年,收录文章涵盖了地球和行星科学所有领域的重大研究进展。


研究背景

海洋作为地球系统中最大的活跃碳库,吸收了超过25%人类活动排放(自工业革命以来排放的总量)的二氧化碳(CO2),对缓解全球气候变化起到了至关重要的作用。而在未来,以碳中和为目标的减排和增汇行动必将给地球气候系统带来一次巨大且前所未有的快速改变,如何预测这些人为干预行动对海洋碳循环和碳收支的扰动及对气候的影响,将是全球变化科学面临的重大新挑战。


近海系统位于海-陆-气和人类活动交汇区,跨界面交互作用剧烈,其碳通量与调控过程均具有高度的时空变异性,是全球碳循环研究的热点与难点区域,也是地球系统模式的缺失环节。近海面积只占全球海洋面积的7-8%,但初级生产却占~28%,有机碳埋藏更是高达80%,是全球海洋最重要的碳汇区之一,但准确评估其中的碳通量、汇格局及演化趋势颇具挑战。



综述内容

戴民汉教授团队及其合作者从综合集成、边界过程、数值模式发展和未来趋势四个方面对近海碳通量研究展开系统归纳、总结与展望。


运用新的集成方法及来自全球214个近海系统的更新数据库,作者对全球近海系统的海-气CO2通量进行重新评估,估算其碳汇量为0.25±0.05 Pg C yr-1 (2.5±0.5亿吨碳/年)。其中,亚极地和极地海域贡献了超过90%的碳汇量。近海连接陆地与大洋,该综述研究特别强调了边界过程对近海碳循环影响的重要性,基于河流主控型陆架海和大洋主控型边缘海两大系统碳循环的理论框架,定量解析近海碳源汇格局及其控制机制。同时,选取南海(South China Sea)、波罗的海(Baltic Sea)、中大西洋湾(Middle Atlantic Bight)进行对比,分析不同近海系统海表CO2分压的空间、季节及长时间变化特征与潜在调控过程。此外,从模拟近海碳循环关键过程和预测未来变化方面,综述了由箱式模型到三维环流-生物地球化学耦合数值模式的发展与挑战。


最后,作者系统分析了从工业革命前到现今,再到未来实现碳中和这三个阶段的全球碳循环(包括各碳库储量和碳库之间的碳通量)演变过程。同时提出以净零排放为目标的人为扰动,可从不同界面,对陆-海-气这一耦合、协同变化系统产生影响,这也是预测近海碳循环未来变化趋势的关键挑战。


该综述论文总结了近海碳通量、过程与趋势研究现状,指明目前认知的不足与未来的研究挑战,对实施基于海洋的碳管理和气候应对措施、实现碳中和目标具有重要意义。

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图1. 全球近海单位面积海-气CO2通量新集成(上图);近海不同特征区域海表面积,单位面积碳通量及总碳通量(下图)

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图2. 全球不同储库碳储量(箱内数字,单位:10亿吨碳)及不同储库间碳通量(箭头上数字,单位:10亿吨碳 /年)的变化 :(a)工业革命前;(b)现今。红色数字表示碳储量及碳通量较工业革命前的变化量;(c)代表性浓度路径RCP2.6情景下,2050-~2100期间。紫色和蓝色数字分别表示模式预测到2050年大气CO2浓度达到最高值时及其后开始下降的第一个50年内碳储量及碳通量较工业革命前的变化量。


研究团队

除了戴民汉教授的团队成员,论文共同作者还包括美国老多米尼大学的Eileen Hofmann教授,特拉华大学的蔡卫君教授,香港科技大学的甘剑平教授,德国马克斯-普朗克研究所的Fabrice Lacroix博士,比利时布鲁塞尔自由大学的Goulven Laruelle博士和Pierre Regnier教授,瑞士苏黎世联邦理工学院的Jens Müller博士等。该研究得到国家自然科学基金“海洋碳汇与生物地球化学过程”基础科学中心项目资助。


论文来源

Dai*, M., J. Su, Y. Zhao, E. E. Hofmann, Z. Cao, W.-J. Cai, J. Gan, F. Lacroix, G. G. Laruelle, F. Meng, J. D. Müller, P. A. Regnier, G. Wang, and Z. Wang (2022), Carbon fluxes in the coastal ocean: Synthesis, boundary processes and future trends. Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 50, https://doi.org/10.1146/annurev-earth-032320-090746.


论文链接

https://www.annualreviews.org/doi/abs/10.1146/annurev-earth-032320-090746


供稿:孟菲菲