海洋对天气和气候有重大影响。科学家估计，它吸收了人类活动释放到大气中的90%以上的热量和25%的多余碳。
随着气候危机变得越来越严重，我们越来越迫切地需要了解大气和海洋之间的碳交换，特别是在南大洋上空，我们认为近一半的碳吸收发生在那里。
来自南大洋碳和气候观测与建模(SOCCOM)项目的MBARI科学家与国家大气研究中心(NCAR)以及来自quituise quituise montracimao、NOAA、南大洋碳和气候观测站和亚利桑那大学的一组研究人员合作，利用生物地球化学分析浮标网络的数据，提供了关于风暴如何影响海洋吸收二氧化碳能力的重要信息。
该团队在《npj气候与大气科学》杂志最近发表的一篇研究论文中分享了他们的发现。他们的工作将使研究人员能够更好地模拟海洋和气候的未来变化。
“南大洋在地球气候中起着重要作用。这个偏远地区从大气中吸收了大量的二氧化碳。随着气候危机的恶化，我们需要了解南大洋吸收了多少碳。
MBARI研究助理Magdalena Carranza是这项研究的主要作者，他说:“通过使用分析浮标的数据，我们了解到风暴改变了南大洋海气碳交换的规模，引发了碳的释放。”
大气和海洋是紧密相连的。在海洋表面，二氧化碳在大气和海洋深处之间起伏流动。海洋中的二氧化碳通过化学反应或海洋生物的生物学作用经历了各种各样的转化，并随着海洋环流和湍流移动。
在某些情况下，二氧化碳也可能被释放回大气中，这一过程被称为脱气。了解碳如何在海洋和大气之间流动，对于模拟海洋吸收碳的能力和预测未来气候变化的影响至关重要。
海洋和生活在其中的微生物是我们对抗气候变化的无名盟友。在工业时代，海洋吸收了超过25%的人类活动排放的二氧化碳，缓冲了我们对气候变化的影响。从历史上看，南大洋——南极洲周围的寒冷水域——一直被认为是二氧化碳的主要汇地。
由于南大洋的恶劣环境，用船只对海洋状况进行的传统测量很少。船只也避开风暴，因此省略了记录风暴的影响。
然而，模型研究表明，这个偏远地区在地球的碳和气候循环中起着重要作用。气候模型显示，南大洋约占人类产生的所有海洋二氧化碳吸收量的40%。
SOCCOM项目于2014年启动，目的是在南大洋部署一系列机器人浮标和先进的化学传感器。位于普林斯顿大学的SOCCOM是一个多机构项目，致力于解开南大洋的奥秘并确定其对气候的影响。
在SOCCOM项目下开展的尖端生物地球化学观测和建模将帮助研究人员更好地了解南大洋的内部运作及其对地球气候的影响。
SOCCOM的剖面浮标网络正在持续记录有关南大洋的数据。生物地球化学(BGC) Argo浮标穿越水柱，在所有天气条件下，包括暴风雨下，每10天收集一次重要的观测数据。
关键的是，BGC Argo浮标可以使用MBARI科学家开发的pH传感器来测量海洋的酸度。通过测量海洋酸度，研究人员可以估计海洋的碳含量，并推断空气-海洋二氧化碳交换。
BGC Argo浮标最近的观测表明，南大洋在冬季向大气中释放的二氧化碳可能比之前认为的要多。来自SOCCOM浮子阵列的数据显示，在南极高纬度地区有强烈的季节性气体排放，这让人们对南大洋碳汇的强度产生了质疑。
Carranza和SOCCOM的合作者研究了从风暴的角度来看，漂浮数据是否可以揭示风暴驱动的南大洋碳交换。
风暴常年频繁地经过南大洋。平均而言，该地区的任何特定地点每周都会经历一场风暴，强风持续数天。风暴影响海洋表面二氧化碳的交换。强风混合了地表水，将更深、更冷的水从地下带到地表。
较冷的水可以吸收更多的碳，但较深的水已经比表层水含有更多的有机物质再矿化产生的溶解碳——这些相互竞争的力量是如何影响空气-海洋碳交换的?
一项首次对来自SOCCOM浮标网络的观测结果进行的分析显示，风暴引发了南大洋二氧化碳的释放。
大气再分析将过去的观测与模式结合起来，对观测到的天气和气候(包括风暴)给出详细的描述。它们被用来建立海洋模型，使研究人员能够研究海洋和大气之间碳交换的历史。
研究小组还使用大气再分析来识别和跟踪风暴。将大气风暴数据与BGC Argo浮标收集的海洋条件数据相结合，提供了风暴期间及其后果记录的海洋-大气碳交换的观测估计。
风暴识别和跟踪在大气科学中更常用来研究风暴如何影响热量、湿度、降雨模式和其他气象条件，但这种分析尚未广泛应用于海洋学研究。事实上，这项研究是第一次使用这种分析来检查风暴期间南大洋的海洋动力学。
具有生物地球化学的海洋模型可以潜在地预测风暴如何影响上层海洋中的碳路径和海气碳交换。但是，SOCCOM的浮子阵列对风暴附近海洋状况的综合观察，使研究人员能够探测到风暴后深海自然释放的二氧化碳到大气中。用大气再分析强迫的当前海洋模式不能很好地反映风暴释放气体。
在风暴期间，南大洋释放出它储存的一些碳，因为富含碳的水上升到表面，并通过强风引起的湍流的影响混合到上层海洋中。在风暴经过的一天内排气量最高。从观测中推断出的放空量比从强迫海洋模式中预测的要大。
“风暴混合了水柱，对空气-海洋碳交换产生了即时和长期的影响。我们已经了解到，净影响是锁在海洋中的碳释放回大气，”卡兰萨说。
“这项工作有助于填补我们对南大洋碳通量的理解空白。我们能够量化风暴对年度交换的贡献。事实证明，风暴在观测中扮演着重要角色，约占年通量的25%，但它们的影响在强迫海洋模型中被大大低估了。
“由于风暴在南大洋非常普遍，这可能会改变目前对该地区每年净碳汇贡献的估计。风暴的影响需要更好地体现在海洋模型中，以减少对未来气候预测的不确定性。”
这项工作强调了机器人技术作为评估和跟踪海洋碳的重要工具的价值。模式依赖数据进行验证——海洋模式本身不能完全代表风暴对南大洋碳交换的强烈影响。
来自SOCCOM的BGC Argo浮标网络的真实观测可以帮助我们提高对空气-海洋碳交换的理解，从而建立更好的模型，更准确地预测海洋的变化。
在南大洋和世界各地部署先进技术并维持BGC Argo浮标阵列，对于了解我们不断变化的海洋和未来气候是不可或缺的。
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希望本篇文章《首度研究揭示风暴在南大洋海气碳交换中的关键作用》能对你有所帮助！
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