浮游生物和再矿化作用的温度敏感性对初级生产力和碳通量的影响

《Journal of Geophysical Research: Biogeosciences》：Impacts of Plankton and Remineralization Temperature Sensitivities on Primary Production and Carbon Fluxes

　　

## 摘要

温度通过影响浮游生物的生理速率和异养生物再矿化作用来调节海洋生物地球化学过程。尽管某些过程（如浮游植物光合作用、浮游动物代谢和有机物质再矿化）的温度依赖性已被纳入生物地球化学模型，但浮游植物温度敏感性的区域和群特异性差异，以及再矿化响应的空间变化，往往被忽视。在本研究中，我们从已发表的数据中推导了不同浮游植物类型的温度系数和空间变化的再矿化温度敏感性，并将这些参数纳入地球社区模式（CESM）。随后，我们在当前和未来气候情景下进行了模拟，以评估其对海洋生态系统动态和碳循环的影响。结果表明，浮游植物的区域和群特异性温度敏感性，结合温度依赖的再矿化作用，强烈影响颗粒有机碳（POC）通量的空间分布。在当前气候条件下，当应用经过生物优化后的温度系数时，高纬度地区表现出初级生产和POC通量同步下降的现象。相比之下，低纬度海洋表现出非同步模式——其特征是初级生产力增加但POC导出减少——这由浮游植物生长和再矿化过程中不同的温度依赖性所驱动。在未来变暖情景下，这些更新后的温度依赖性导致全球初级生产力更大程度地增加，但始终伴随着POC导出减少和深层海洋POC通量增加。总体而言，这些发现强调了纳入区域和群特异性温度依赖关系对于准确捕捉气候变化下生物和化学过程变异的重要性。

## 通俗语言摘要

海洋浮游植物的生长、死亡以及有机物的微生物分解，通过控制碳在表层的固定和向深海的导出，对海洋碳和营养盐循环至关重要。海洋温度强烈影响这些过程，然而大多数地球系统模型以简化的方式处理这些温度效应，没有考虑区域之间或浮游植物类型之间的差异。这可能导致对气候变化下浮游植物群落响应和有机物循环的预测产生偏差。在本研究中，我们基于现有的实验室和野外观测数据，将浮游植物的群特异性温度响应和空间变化的再矿化温度敏感性引入了地球社区模式。在当前和未来变暖情景下的模拟显示，这些优化显著改变了初级生产和颗粒有机碳导出的模式。高纬度地区表现出生产和导出的同步下降，而低纬度地区由于再矿化增强，表现出生产增加但导出减少的现象。总之，这些结果表明，准确表征区域和生物学上的温度响应差异对于预测海洋生态系统和海洋碳循环如何响应气候变化至关重要。

## 利益冲突

作者声明与本研究相关的利益冲突不存在。

## 可用性声明

我们已将本研究中包含的每个实验最后10年的年均变量提取为新的NETCDF文件，连同敏感性实验的相应修改代码，可在Zenodo（Li et al., 2026）上获取。由于数据量过大，本研究中使用的所有模拟数据不公开提供；然而，有兴趣的研究人员可以联系通讯作者以获取进一步信息或请求所需数据。开源的地球社区模式（Danabasoglu et al., 2020）可在www.cesm.ucar.edu:/models/cesm2/上获取。

## 支持信息中的参考文献

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