西太平洋暖池东缘无机碳系统对ENSO事件的滞后响应机制及其全球碳循环意义

本研究聚焦ENSO（厄尔尼诺-南方涛动）事件对西太平洋暖池（WPWP）东缘海域无机碳系统的滞后影响。通过2023年2-4月航次观测，发现即便在ENSO中性期，该区域溶解无机碳（DIC）和CO2分压（pCO2）仍呈现"拉尼娜特征"分布，并首次揭示WPWP东缘CO2逸度（fCO2）对ENSO存在约5个月滞后响应，为理解气候敏感区碳循环调控机制提供关键实证。

　　

在全球气候变化背景下，海洋作为最大的碳汇之一，其无机碳系统的动态变化直接影响大气CO₂浓度调控。其中，赤道太平洋因其巨大的CO₂通量变异性被称为"全球碳循环的呼吸阀"，而ENSO事件通过改变上升流强度和西太平洋暖池（West Pacific Warm Pool, WPWP）范围，成为调控该区域碳循环的关键气候因子。然而，现有观测数据显示，自2017年以来WPWP区域的现场测量数据急剧减少，而模型研究又提示该区域可能存在ENSO响应的滞后现象，这种数据缺口严重制约了对海洋碳循环-气候反馈机制的理解。

北京大学的研究团队利用2023年2-4月"科学号"考察船NORC2022-09航次，在西太平洋副热带-赤道区域（127°E-163°E，30°N-3°S）系统采集了35个站位的海水样本。通过CTD（温盐深仪）和Niskin采水器获取多深度层样品，结合MATLAB聚类分析，首次揭示了WPWP东缘无机碳系统对ENSO事件的独特响应模式。研究发现，即便在ENSO中性期，研究区域的DIC和pCO₂异常仍呈现典型的"拉尼娜特征"空间分布。更关键的是，通过分析20年历史数据，发现WPWP东缘2-4月平均fCO₂异常与Ni?o3.4指数存在约5个月的滞后相关，这一现象被归因于气候系统发展、热化学平衡与物理混合过程的综合效应。

研究采用的主要技术包括：1）基于CTD剖面和离散水样分析获取温盐、DIC、总碱度（TA）等参数；2）利用CO₂sys程序计算pCO₂和fCO₂；3）通过聚类分析将研究区划分为4个特征亚区；4）结合历史ENSO指数进行滞后相关分析。

研究结果

1. 表层海水水文与无机碳系统参数：WPWP水体（>28.5°C）延伸至16°N和163°E，研究区被划分为4个亚区。其中北部亚区（1区）表现为强CO₂汇（平均通量-5.98 mmolC m^-2 d^-1），而赤道附近亚区（3区）呈现弱源特征（0.33 mmolC m^-2 d^-1）。

2. 观测CO₂水平与长期均值比较：尽管处于ENSO中性期，DIC和pCO₂的空间分布与拉尼娜事件期相似，暗示系统响应的滞后性。

3. ENSO滞后响应机制：WPWP东缘的fCO₂异常对ENSO信号呈现5个月滞后，这一时间尺度与次表层信号上传、混合层调整等过程相匹配。

结论与意义
该研究首次通过现场观测证实了WPWP东缘无机碳系统对ENSO事件的滞后响应特征，填补了该关键气候敏感区碳循环观测的数据空白。发现的5个月滞后周期为改进气候-碳循环耦合模型提供了关键参数，对预测全球变暖背景下海洋碳汇功能变化具有重要启示。论文发表于《Global and Planetary Change》，强调了维持海洋碳系统长期观测网络的重要性，特别是在ENSO敏感区域。这些发现不仅深化了对海洋-大气相互作用机制的理解，也为评估气候变化对全球碳循环的影响提供了新的科学依据。