海洋所揭示班達(dá)海顆粒有機(jī)碳“雙峰”循環(huán)特征受季風(fēng)與氣候事件調(diào)控機(jī)制
近日,中國(guó)科學(xué)院海洋研究所王珍巖研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《Journal of Geophysical Research: Oceans》發(fā)表研究成果,揭示了班達(dá)海顆粒有機(jī)碳(POC)分布呈季節(jié)性“雙峰”循環(huán)特征的形成機(jī)制,闡明了厄爾尼諾-南方濤動(dòng)(ENSO)和印度洋偶極子(IOD)對(duì)該海域POC分布年際變異的調(diào)控作用。
班達(dá)海是全球“珊瑚三角區(qū)”核心和印度尼西亞貫穿流(ITF)的關(guān)鍵通道,同時(shí)也是印太暖池的重要組成部分(圖1),受低緯度熱帶海區(qū)氣候變化過(guò)程的直接作用,其碳循環(huán)過(guò)程對(duì)于深入探究氣候變化對(duì)熱帶海洋環(huán)境的影響具有重要指示意義。POC是海洋生物碳泵效應(yīng)的核心載體,也是形成海底沉積物埋藏碳匯的重要來(lái)源,目前有關(guān)班達(dá)海POC時(shí)空演變過(guò)程受氣候變化的調(diào)控機(jī)制尚未開(kāi)展系統(tǒng)研究。

圖1 (a)研究區(qū)位置,背景色代表海底水深,黑框內(nèi)為論文主要研究區(qū)班達(dá)海位置;(b)背景色為衛(wèi)星遙感反演的2003-2021年間班達(dá)海POC平均濃度分布,紅框?yàn)閮蓚€(gè)子研究區(qū)位置
研究團(tuán)隊(duì)整合分析了2003-2021年間多源衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)班達(dá)海POC時(shí)空分布存在顯著的季節(jié)性“雙峰”循環(huán)特征,即每年5月~10月東南季風(fēng)期(SEM)在班達(dá)海東部形成主峰區(qū),11月至次年4月西北季風(fēng)期(NWM)在西南部形成次峰區(qū)(圖2)。使用人工智能理論的自組織映射(SOM)模型開(kāi)展聚類分析,發(fā)現(xiàn)該“雙峰”循環(huán)受控于隨季節(jié)切換的兩個(gè)季風(fēng)過(guò)程驅(qū)動(dòng)形成的不同營(yíng)養(yǎng)鹽輸送通道對(duì)班達(dá)海POC時(shí)空分布產(chǎn)生調(diào)控作用。在SEM期間,東南風(fēng)驅(qū)動(dòng)在班達(dá)海東部形成上升流,將富營(yíng)養(yǎng)鹽深層海水輸送至表層,促使浮游植物爆發(fā),形成POC主峰;在NWM期間,南海貫穿流(SCST)挾帶來(lái)自爪哇海和弗洛勒斯海的營(yíng)養(yǎng)鹽從西南部入侵,在班達(dá)海西南部形成POC次峰;其中SEM期間POC濃度顯著高于NWM期間,反映出上升流對(duì)于班達(dá)海的初級(jí)生產(chǎn)力具有更強(qiáng)的主導(dǎo)作用(圖2)。

圖2 2003~2021年班達(dá)海POC分布呈現(xiàn)“雙峰”循環(huán)特征:(A)在時(shí)間上表現(xiàn)為年際周期的 “雙峰”特征,其中SEM期間為“大峰”,NWM期間為“小峰”;(B)在空間上兩個(gè)子區(qū)(分別以藍(lán)色和紅色虛線框標(biāo)示)表現(xiàn)為分季節(jié)此消彼長(zhǎng)的“雙峰”分布格局,其中NWM(DJFMA)期間受SCST影響,表現(xiàn)為班達(dá)海西南部海域(藍(lán)色虛線框)POC濃度整體高于東部海域(紅色虛線框);SEM(MJJASO)期間班達(dá)海西南部海域POC濃度整體低于東部海域
而在年際變異方面,氣候事件發(fā)揮了關(guān)鍵的調(diào)控作用,ENSO和IOD通過(guò)調(diào)控亞洲-澳大利亞季風(fēng)間接主導(dǎo)了班達(dá)海POC分布的年際變異。在El Ni?o/+IOD事件期間,增強(qiáng)的東南風(fēng)使SEM期間的上升流更強(qiáng),POC分布呈正異常;但同期被削弱的西北風(fēng)則抑制了SCST入侵,導(dǎo)致相應(yīng)NWM期間POC分布呈負(fù)異常。La Ni?a/-IOD事件則呈現(xiàn)完全相反的響應(yīng)模式。這種“此消彼長(zhǎng)”的調(diào)控機(jī)制導(dǎo)致班達(dá)海POC年際異常持續(xù)時(shí)間普遍較短(圖3)。

圖3 班達(dá)海POC分布年際變異受季風(fēng)與氣候事件調(diào)控的作用機(jī)制示意圖
研究特別解析了班達(dá)海POC分布對(duì)兩類特殊氣候事件的差異化響應(yīng)機(jī)制:在2009~2010年發(fā)生El Ni?o Modoki事件期間,因中太平洋異常增暖,引發(fā)沃克環(huán)流西移,導(dǎo)致在班達(dá)海出現(xiàn)罕見(jiàn)的西風(fēng)異常,造成在當(dāng)年SEM期間POC分布呈現(xiàn)負(fù)異常(與常規(guī)El Ni?o響應(yīng)相反);而在2010~2013年發(fā)生多年La Ni?a事件期間,在班達(dá)海區(qū)形成超強(qiáng)降水,使海洋層化作用增強(qiáng),抑制了深層營(yíng)養(yǎng)鹽上涌,引發(fā)班達(dá)海出現(xiàn)長(zhǎng)期POC負(fù)異常(圖3)。這種對(duì)氣候事件的敏感響應(yīng)進(jìn)一步凸顯了班達(dá)海生態(tài)系統(tǒng)和碳匯效應(yīng)受控于氣候變化影響的脆弱性。研究成果可為深入理解印太暖池區(qū)碳循環(huán)過(guò)程及其碳匯貢獻(xiàn)提供科學(xué)依據(jù),為科學(xué)預(yù)測(cè)未來(lái)全球變暖趨勢(shì)下復(fù)雜氣候事件對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響提供新視角。
論文第一作者為中國(guó)科學(xué)院海洋研究所碩士研究生賈一佳,通訊作者為王珍巖研究員。研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)專項(xiàng)等科研項(xiàng)目資助。
論文信息:
Jia,Y.,Wang,Z.*,Song,X.,et al. (2025). Seasonal and interannual variability of particulate organic carbon in the Banda Sea.?Journal of Geophysical Research: Oceans,130,e2025JC022520.?
https://doi.org/10.1029/2025JC022520
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