2020年9月10日, 《地球物理研究雜志-海洋》（Journal of Geophysical Research: Oceans）在線刊登了我院周寬波博士為第一作者, 戴民漢院士為通訊作者，題為Transient enhancement and decoupling of carbon and opal export in cyclonic eddies的研究成果。該研究圍繞“中尺度渦旋如何影響海洋生物地球化學過程以及顆粒物質輸出通量”這個熱點問題，揭示了輸出通量在中尺度渦中的空間變化以及時間演替過程，同時也闡明了不同元素通量（比如：碳與硅）之間的耦合與非耦合機制，為渦旋的生物地球化學研究提供了一個新的方向。

海洋中尺度渦旋是全球大洋中普遍存在的動力學現象，它的時間尺度一般為周至年，空間尺度為十至百公里。研究表明在亞熱帶貧營養海區，海洋氣旋式渦旋能夠使底層高濃度的營養鹽涌升至表層，從而刺激浮游植物的生長以及增加海洋初級生產力，進而促進向下輸出通量的增強。然而現場的觀測結果顯示，渦旋作用下的輸出通量并不一致，時有增強時有減弱，在元素水平上，有時渦旋扮演的角色是“硅泵”而不是“碳泵”。而這些觀測的普遍弱點是多集中于渦旋核心區而忽略了邊緣區，另外渦旋存在明顯的時間演替過程，而已有觀測又多聚焦渦旋的某一發展階段。基于以上事實，該研究采用高空間分辨率的采樣模式同時覆蓋了渦旋核心區與邊緣區，另外，在時間演替上，針對兩個處在不同發展階段的渦旋進行觀測 （比如成熟期和衰退期）。該研究發現，無論是成熟期還是衰退期，渦旋邊緣的輸出通量均明顯高于核心區，推測該高輸出通量可能是由顆粒物由核心區向邊緣區的亞中尺度水平輸運，并在邊緣區沉降造成。因此，只在核心區進行觀測很有可能會低估渦旋所引起輸出通量。另外，輸出通量在渦旋的不同階段亦有不同響應。在成熟期，輸出通量明顯增強，碳、硅通量相對于非渦旋區域同時增強 （耦合），而在衰退期，輸出通量明顯減弱，碳相對于非渦旋區域并無二致，而硅仍有所增強（非耦合）。推測是由群落結構隨渦旋時間演替的變動而造成：在成熟期，硅藻快速增長，而浮游動物捕食與細菌礦化分解速率仍相對較低，導致碳硅輸出同時增強，而在衰退期，營養鹽供應逐漸變低，硅藻豐度迅速下降，浮游動物捕食逐漸增強，細菌礦化速率亦明顯增強，而相對于硅而言，碳容易被分解礦化，最終導致碳硅通量的不耦合。綜上，該研究提出了渦旋生物地球化學響應的新概念模型 （如圖所示）。

中尺度氣旋式渦旋物理與生物地球化學演替的新概念模型

研究最后指出，綜合考量了空間和渦旋演替的因素，氣旋渦可能更多扮演的是“硅泵”的角色而不是“碳泵”，并暗示未來海洋有可能會成為一個硅限制的海洋。

該工作得到了國家自然科學基金重大研究計劃（91328202）、重點項目（41730533）、重大項目（41890804）以及科技部重大科學研究計劃（2015CB954000）的資助。中國科學院南海海洋研究所修鵬研究員、自然資源部第三海洋研究所王磊副研究員、南卡羅蘭納大學Claudia Benitez-Nelson教授以及我院胡建宇教授為該研究共同作者。

論文來源：

Zhou, K.B., Dai, M.H.*, Xiu, P.， Wang, L., Hu, J.Y. and Benitez-Nelson, C., （2020）. Transient enhancement and decoupling of carbon vs opal export in cyclonic eddies, Journal of Geophysical Research: Oceans. 125, e2020JC016372. https://doi.org/10.1029/2020JC016372.

論文鏈接：

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2020JC016372