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漂浮机器人为海洋健康和全球碳循环提供新视角

 

 

来源:蒙特利海湾研究所(MBARI)                                      发布时间:2021年08月16日

       微型海洋生物作为海洋初级生产力,它们利用光合作用消耗二氧化碳,并将其转化为有机物和氧气,影响着海洋的储碳能力和海洋食物网。面对不断变化的气候,了解海洋生物在二氧化碳摄取及其长期储存等方面的重要作用势在必行。

       最近蒙特利海湾研究所(Monterey Bay Aquarium Research Institute,MBARI)一项发表在《自然地球科学》杂志上的研究表明,阵列机器人BGC-Argo浮标可为全球范围内的海洋初级生产力提供新的重要见解。来自这些浮标的数据可用于改进地球碳循环、气候变化预测和海洋健康的计算机建模,使研究人员能够更准确地估计海洋初级生产力。

       海洋初级生产力随着气候系统的变化而不断改变。科学家们估计地球上大约一半的初级生产力发生在海洋中,但目前研究人员还没有办法进行全球尺度的测量来验证模型,得出可靠的全球海洋估算。一方面直接测量需要大量收集和分析样本,在全球范围内,季节性至年度解决方案具有挑战性且成本高昂。另一方面,虽然卫星遥感或计算机生成的环流模型可用于绘制初级生产力的全球地图,但这些仅是基于模型的估算值。

       现在,随着数千个BGC-Argo自主浮标在全球海洋中不断部署。这些浮标让研究人员得以一瞥跨区域、深度和时间的海洋初级生产力。它们正在极大地改变估算全球海洋每年积累多少碳的能力。例如,印度洋和南太平洋中部是科学家对初级生产力知之甚少的地区。但随着生物地球化学-Argo (BGC-Argo) 浮标在全球范围内的部署,这种情况发生了变化。

       BGC-Argo分析浮标测量温度、盐度、氧气、pH、叶绿素和营养物质。它重复着每十天下潜采样分析再上浮水面将数据回传的循环。研究人员采用新方法分析数据,通过来自300 个浮标在一天中的不同时间采集样本和数据,获得氧气上升和下降的每日循环,然后计算初级生产力。为了确认计算的初级生产力的准确性,研究人员将浮标数据与两个地区(夏威夷和百慕大)的船舶采样数据进行了比较。结果表明,这些浮标数据与多年来船舶采样结果相似。

       计算结果发现,浮游植物每年产生大约53拍客碳,与最新模型估算的每年52拍客碳接近,该研究验证了最近的生物地球化学模型,并强调了这些模型的稳健性。

海洋的庞大规模要求科学家依靠卫星和计算机模型来调查全球海洋初级生产力。这些模型来自俄勒冈州立大学海洋生产力数据
库(红点)和其他(蓝点)的有限抽样(顶部)。全球各地的一系列漂流 BGC-Argo 浮标(底部)可以极大地扩大海洋初级生力
的采样范围。在夏威夷和百慕大(绿色框)的两个时间序列站进行的船舶采样比较验证了该方法。  图片:自然地球科学
 

       来自BGC-Argo 浮标的高分辨率数据可以帮助科学家更好地校准计算模型,以模拟不同的海洋条件。如温度升高、浮游植物生长变化、海洋酸化和营养物质变化等不同情景,进一步预测海洋初级生产力将如何响应海洋变化。

       BGC-Argo 浮标对南大洋碳和气候观测与建模项目(SOCCOM) 发挥了重要作用,这项由NSF 赞助的计划,重点是解开南大洋海洋生态系统的奥秘并确定其对气候的影响。这些全球合作计划收集的信息将为改进海洋渔业和气候的计算机模型以及监测和预测海洋变暖和海洋酸化对海洋生物的影响提供了必不可少的数据。

 

 

 

原文链接:Robotic floats provide new look at ocean health and global carbon cycle

编译:刘晓琳 黄芳娟  王晓晴