气候模态对海洋温室气体氧化亚氮释放量影响

在国家重点研发计划等项目资助下，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境与岛礁生态全国重点实验室海洋环境模拟与应用技术研究团队基于全球“物理-生态”耦合模式，系统揭示了气候模态对海洋温室气体氧化亚氮释放量的调控作用。相关成果近日发表于《全球生物地球化学循环》（Global Biogeochemical Cycles）。

氧化亚氮是大气中一种寿命长达114-120年的强效温室气体，其百年尺度全球增温潜势约为二氧化碳的300倍，是仅次于二氧化碳和甲烷的第三大温室气体。海洋是大气中氧化亚氮的重要自然来源，但目前对其向大气释放量的估算仍存在较大不确定性。受限于观测数据的稀疏性，现有基于人工智能方法构建的重构数据多局限于季节尺度，难以揭示氧化亚氮与气候系统之间的互馈机制，进而对《巴黎协定》1.5°C温控目标的实现带来严峻挑战。

该研究基于新一代大洋环流数据同化系统与生物地球化学耦合模式ECCOv4-Darwin，构建了适用于氧化亚氮的参数化方案，并开展了长达26年（1992-2017年）的高分辨率数值模拟。结果表明，全球海洋向大气的年均氧化亚氮释放量约为2.4 Tg N（其中Tg为百万吨），且以每年-0.02 Tg N yr-1的速率呈缓慢下降趋势。这一变化主要归因于上层海洋层结加剧，抑制了氧化亚氮的生成与垂向上涌过程。研究发现，赤道东太平洋、印度洋和南大洋是全球氧化亚氮释放的三大热点区，其年际波动受不同区域主导气候模态的显著调控。

具体而言，赤道东太平洋与印度洋的氧化亚氮释放量与厄尔尼诺-南方涛动指数（ENSO）分别呈强负相关（r = -0.93）与正相关（r = 0.53）。在厄尔尼诺事件（ENSO正位相）期间，赤道东太平洋风速减弱、温跃层加深，抑制了该区域氧化亚氮的释放；与此同时，厄尔尼诺事件激发正位相的印度洋偶极子（IOD），导致赤道东印度洋温跃层抬升，反而加剧了该区域氧化亚氮的释放。在南大洋，氧化亚氮释放量与南半球环状模态（SAM）呈高度正相关（r = 0.76）。当SAM处于正位相时，西风带加强并向极地偏移，埃克曼抽吸作用增强，促进富含氧化亚氮的次表层水向海表上涌，进而增加氧化亚氮的释放。

论文通讯作者、中国科学院南海海洋研究所研究员冯洋表示，与二氧化碳相比，氧化亚氮等海洋温室气体具有更强的全球增温潜势，犹如气候系统中的“隐形杠杆”，不仅放大了气候威胁，也使其成为气候治理的关键突破口。该研究首次揭示了海洋-大气动力过程在调控全球海洋氧化亚氮排放中的核心作用，为未来科学制定“海洋负排放”方案、以低成本和高效益实现《巴黎协定》1.5°C温控目标提供了重要的科学依据。