全球气候变化背景下的海洋碳循环和海洋酸化模拟研究

Increasing atmospheric carbon dioxide concentration due to human activities is the main driver of anthropogenic climate change. The global ocean plays a key role in the global carbon cycle. On one hand, the ocean's absorption of anthropogenic CO2 acts to mitigate the increase of CO2 in the atmosphere. On the other hand, the absorption of anthropogenic CO2 makes the ocean more acidic, threatening the marine ecosystems. In this proposed study we aim to investigate the key dynamic, chemical, and biological processes that are responsible for the ocean carbon cycle, and the interaction of the ocean carbon cycle and ocean acidification with atmospheric CO2 and climate change. We will use an Earth system model to conduct this study. There are four main tasks in this study. First, we will examine the role of ocean dynamics in the ocean carbon cycle. Second, we aim to investigate how the different parameterizations of the biological pump affect the ocean carbon cycle. Third, we propose to examine how the formation and dissolution of calcium carbonate affects the ocean carbon cycle. Fourth, we will investigate the individual and combined effect of increasing atmospheric CO2 and climate change on the ocean carbon cycle and ocean acidification. The proposed project will help to advance our understanding of the ocean carbon cycle and the potential changes in the ocean carbon cycle and ocean acidification.

人类活动排放的二氧化碳影响全球气候和环境。海洋作为一个重要的碳汇，一方面对调节大气中二氧化碳含量起着重要的作用。另一方面，海洋对人类排放二氧化碳的吸收使海水的酸性不断增强，威胁海洋生态系统。因此，理解海洋碳循环及其演变对成功预测未来全球气候和海洋环境具有重要的意义。本课题将利用地球系统模式和观测资料，对影响全球海洋碳循环的关键过程进行模拟分析，揭示其中的关键动力、化学和生物机制，预测在二氧化碳增加和气候变化的大背景下，海洋对二氧化碳的吸收能力和海洋酸化的时空演变。本课题将侧重分析海洋动力过程、生物泵的参数化方案和碳酸钙循环过程对海洋碳循环和海洋酸化的影响。本课题的另一个侧重点是分析和量化二氧化碳增加和气候变化对海洋碳循环和海洋酸化的分别作用。本研究将使我们更好的理解不同的动力、化学和生物过程在海洋碳循环中所起的作用，帮助我们更好的预测海洋碳循环和海洋酸化在未来的时空演变。

海洋在全球碳循环中起着重要作用。大约四分之一由于化石燃料燃烧和土地利用产生的人为CO2排放被全球海洋吸收。一方面，海洋吸收CO2减缓大气CO2浓度增加，抑制全球变暖。另一方面，大气CO2被海洋吸收后，增加海洋的酸性，造成海洋酸化，威胁海洋生物的生存。研究在人为排放CO2和全球变暖的背景下，海洋碳循环和海洋酸化的时空演变，具有重要的意义。本研究有助于理解大气CO2、海洋碳循环、海洋酸化和全球变暖之间的相互作用。同时，对于我们预测未来海洋碳循环和海洋酸化起着有着重要的意义。..本项目利用地球系统模拟，研究海洋碳循环、海洋酸化和人为CO2排放的相互作用和反馈， 主要内容包括： 1）大气CO2浓度变化（包括增加和减少）对海洋酸化的影响； 2）大气CO2浓度增加和大气CO2增加造成的全球变暖对海洋酸化的影响； 3）海洋碳酸钙循环、海洋碳循环和海洋酸化的相互作用和反馈； 4）不同海洋关键过程在从一年到一万年的不同时间尺度对海洋吸收大气CO2的不同作用。 ..围绕以上研究内容，本项目主要取得以下研究成果 1）量化分析了大气CO2浓度增加和减少对于海洋酸化的影响，揭示了深海海洋酸化对于大气CO2浓度减少响应的滞后性； 2）量化分析了大气CO2变化和由于大气CO2增加引起的全球变暖对于海洋酸化和海洋溶解氧的不同影响，揭示了其中的机理； 3） 揭示了海洋酸化通过影响海洋碳酸钙循环对于海洋吸收大气CO2的反馈作用，揭示了其中的机理。4） 分析了在从一年到一万年的不同时间尺度上，碳酸盐化学、海洋物理输送、深海沉积岩、和风化作用和海洋碳循环吸收的不同影响，揭示了其中的物理、化学和动力机理。..根据以上研究成果，项目执行期间，在Environmental Research Letters, Journal of Geophysical Research-Oceans, 和Scientific Reports以第一作者或通讯作者发表SCI论文四篇，核心期刊《气候变化研究进展》论文两篇。培养博士研究生一人，硕士研究生三人。