加那利上升流区现场与卫星初级生产力估算方法的比较研究及其模型验证

本研究针对东部边界上升流系统(EBUS)初级生产力(PP)估算差异大的问题，通过同步应用14C吸收、13C同位素示踪、O2和18O2演化四种技术测量PP，并评估VGPM、Eppley、CbPM和CAFE四种卫星模型的性能。发现Chla模型(VGPM/Eppley)与现场数据显著相关，而Cphyto模型准确性受限于μ和Poptb参数估算，为提升海洋碳循环研究精度提供了关键方法学依据。

　　

在浩瀚的海洋中，东部边界上升流系统(EBUS)如同海洋中的"绿洲"，虽然仅占全球海洋面积的3%，却贡献了10%的浮游植物生物量生产和20%的渔业捕捞量。然而，这片生机勃勃的海域正面临着研究难题——如何准确测量其初级生产力(PP)。传统现场测量方法如¹⁴C吸收法虽被视为"金标准"，但操作繁琐且数据稀疏；卫星遥感技术虽能大范围监测，但不同模型估算结果差异可达2-3倍。这种不确定性严重限制了我们对海洋碳循环的理解，也使得IPCC报告对卫星PP趋势的可信度评价仅为"低置信度"。

中国科学院海洋研究所的研究人员在加那利上升流区(CanEBUS)开展了一项开创性研究。他们通过FLUXESI航次，首次同步应用¹⁴C吸收、¹³C示踪、O₂和¹⁸O₂演化四种技术测量PP，并系统评估了VGPM、Eppley、CbPM和CAFE四种主流卫星模型的性能。相关成果发表在《Journal of Marine Systems》上，为海洋生产力研究提供了重要方法学突破。

研究采用多技术联用的创新方法：在11个站位采集水样，通过流式细胞术和显微镜计数测定C_phyto；使用同位素比值质谱仪分析¹³C和¹⁸O₂；采用闪烁计数器测量¹⁴C；结合Winkler滴定法测定O₂变化；最后将现场数据与MODIS/VIIRS卫星产品进行对比验证。

【现场PP测量方法比较】
研究发现四种技术测得的PP存在显著差异：O₂-GPP(6.36±12.51 mmol O₂·m^-3·d^-1)> ¹⁸O₂-GPP(4.84±9.07)>TO¹⁴C(2.95±4.83)>PO¹⁴C(2.35±4.04)>PO¹³C(1.00±0.86)。值得注意的是，O₂:C比值随深度增加而升高，表明光合作用与呼吸作用的平衡关系随环境变化。

【模型性能评估】
VGPM和Eppley模型表现最佳(r²=0.70±0.10)，特别是使用VIIRS数据时。而C_phyto模型(CbPM/CAFE)的准确性受限于μ和C_phyto估算，当替换为现场数据后，CbPM性能提升300%，说明模型局限主要源于输入参数而非算法本身。

【输入数据验证】
卫星反演的Chla与现场数据高度吻合(r²>0.7)，但P_opt^b和μ的估算存在显著偏差。特别是μ的卫星估值多集中在算法上限2 d^-1，而现场测量值仅为0.15-0.92 d^-1，揭示了当前生长率模型的重大缺陷。

这项研究首次系统比较了四种PP测量技术在不同海洋环境中的表现，证实¹⁸O₂法可作为¹⁴C的替代方案。研究同时指出，提升卫星PP估算精度的关键不在于开发更复杂模型，而应着力改进P_opt^b和μ等核心参数的遥感反演算法。这些发现对准确评估海洋碳汇功能、预测气候变化影响具有重要科学价值，也为全球海洋观测计划的优化设计提供了理论依据。