太平洋海气碳通量年际变化

海洋对大气CO2的吸收过程受到气候的控制，而控制的机制在很多海区未能得到很好的研究。鉴于观测资料在时空上的不连续性，本申请项目拟使用中科院大气所全球海洋碳循环环流模式，对海气碳通量年际变化最强烈的赤道太平洋和争议较大的西北太平洋展开研究。主要研究内容包括：结合模拟结果和站点观测资料，对以往研究未曾涉及的不同类型的El Nino对赤道太平洋海气碳通量年际异常所起到的不同作用加以区分，了解在这些气候事件中控制海气碳通量变化的主要因子；估计赤道太平洋和北太平洋海气碳通量的年际变率；考察西北太平洋海气碳通量年际波动的主要机制和黑潮模拟结果的改进可能对西北太平洋海气碳通量年际波动研究带来的影响；分析模式在海气碳通量年际变化方面的误差来源，为日后大气所地球系统模式的评估提供参考。本项目的研究不仅可为估计太平洋重要海区海气碳通量的年际变化提供新依据，而且可给出全球海洋碳循环对气候变化响应的新认识。

在缺乏长期观测资料的情况下，对以往海气碳通量的年际变化进行数值模拟研究是了解气候变化影响海气碳通量主要机制的一个重要手段。本项目的工作主要围绕太平洋尤其是赤道带太平洋的海气碳通量模拟特征分析展开。我们首先对本项目研究所使用的物理海洋模式的模拟性能进行了评估和改进，从强迫场、海洋参数设置等几个方面，对模式的模拟性能及其对碳循环研究可能的影响进行了探讨。在此基础上，分别使用耦合了海洋生物地球化学模式的太平洋海盆模式以及全球海洋模式，研究了人为碳、总碳（自然加人为）在不同海区的海气交换通量年际变率以及主要控制因素。研究结果表明，赤道太平洋（14°S-14°N）主导了太平洋以及全球海气碳通量的年际变率，其年际波动的第一模态为ENSO模态，其年际波动规律与海表温度以及生物生产力相反，主要控制因素为赤道上升流所控制的海表溶解无机碳的年际波动，计算所得，1965-2000年间，赤道太平洋人为碳海气交换通量的年际变率为0.039PgC/yr，总碳通量年际变率为0.095PgＣ/y，均超过相应全球海气碳通量年际变率的三分之一，此外，从人为碳与总碳通量年际波动位相不一致可知，自然碳的年际波动主导了总的海气碳通量的年际波动；副热带海区未表现出与ENSO密切的相关关系，主要是海表温度的年际变化主导海气碳通量的年际波动，二者呈反相关关系，海气碳通量年际波动约为赤道太平洋的三分之一；南大洋海气碳通量年际波动体现与ＥＮＳＯ的一定相关性，且由于海域面积大，其对全球海气碳通量的年际波动贡献也很大。对CMIP5多模式结果的分析可知，目前地球系统模式中半数以上的模式不能正确地反应赤道太平洋的海气碳通量年际波动特征。