2023年海洋碳汇异常减弱：创纪录海表温度下海洋CO2吸收的意外下降

本研究针对2023年全球海表温度（SST）创历史新高背景下海洋碳汇的异常响应展开研究。通过多源观测数据与模型模拟，发现海洋CO2吸收量较预期减少10%（+0.17±0.12 PgC yr-1），主要由副热带和副极地区域异常CO2释放驱动。该成果揭示了全球变暖背景下海洋碳循环反馈机制的新特征，对预测未来气候变化下碳汇稳定性具有重要意义。

　　

研究背景：海洋碳汇的"高温警报"

海洋作为地球最大的碳汇，每年吸收约四分之一人为CO₂排放。然而在2023年，全球海表温度（SST）突破历史记录，较长期趋势高出0.21±0.02°C，这种异常状态被证实与全球变暖和强厄尔尼诺（El Ni?o）事件密切相关。传统认知认为，厄尔尼诺年热带太平洋上升流减弱会增强海洋碳汇，但2023年却出现了令人费解的现象——在全球极端高温背景下，海洋CO₂吸收能力不升反降。这一反常现象引发科学界对海洋碳循环反馈机制的新思考。

技术方法精要

研究团队整合四套基于机器学习的地表水CO₂分压（fCO₂）观测产品（CMEMS、fCO₂-Residual等），结合两个全球海洋生物地球化学模型（GOBM）的模拟数据。通过分解热力与非热力驱动因子，量化了2023年海气CO₂通量（FCO₂）异常。数据覆盖50°S-65°N非极地海域（占全球无冰海面90%以上），采用线性趋势基线法计算异常值。

研究结果解析

1. 海洋碳汇的异常减弱

四套fCO₂产品一致显示：2023年全球非极地海洋碳汇较预期减弱0.27±0.13 PgC yr^-1（图1b）。这与历史规律形成鲜明对比——过去34年中，从未在SST异常超过+0.1°C的年份出现过碳汇减弱。

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2. 区域驱动机制

热带区域表现符合预期：东赤道太平洋（PEQU-E）因上升流减弱导致CO₂释放量减少（-0.09±0.06 PgC yr^-1）。但北大西洋副热带永久分层区（NA-STPS）出现空前SST异常（+0.50±0.05°C），引发显著CO₂释放（+0.04±0.01 PgC yr^-1）。模型显示该区域表层溶解无机碳（DIC）消耗（-3 μmol kg^-1）部分抵消了温度效应（图4）。

3. 季节性调控特征

北大西洋副极地季节性分层区（NA-SPSS）夏季出现浅层（10-20 m）高温异常，导致CO₂溶解度下降。而东赤道太平洋DIC库存异常（-2 mol m^-2）持续主导该区域全年碳通量变化（图4c右），印证了生物地球化学过程对热力效应的调控作用。

结论与展望

这项发表于《Nature Climate Change》的研究揭示：2023年海洋碳汇的异常减弱，本质上是副热带区域热力驱动CO₂释放与DIC消耗负反馈机制"拔河"的结果。尽管目前海洋通过DIC调节维持了碳汇相对稳定，但研究者警告：随着海洋热浪（marine heatwaves）频率和强度增加，这种负反馈机制可能失效。该成果为理解极端气候事件下的碳循环响应提供了关键案例，强调持续监测海表fCO₂对预测未来碳汇演变至关重要。