2020年1—2月，法国、德国、美国四艘科考船在西热带大西洋开展 EUREC4A-OA/ATOMIC 联合观测。德国“玛丽亚·S·梅里安”号上搭载的 SubCtech OceanPack CUBE 走航系统连续运行约四周，测得高分辨率的表层海表 fCO₂ 与温盐序列。研究给出一个反直觉结论：5—16°N、50—59°W 海域在冬季是 −1.7 TgC/月（1 Tg = 10⁶ t）的强碳汇，比既有气候态估计强约 10 倍。
一、研究背景
全球海洋吸收了约 23% 的人为 CO₂ 排放，是气候系统最重要的缓冲器之一。而赤道大西洋是仅次于赤道太平洋的第二大海气 CO₂ 源区：赤道上升流上涌的富 CO₂ 水与亚马逊河羽流的低 CO₂ 水在此剧烈交汇，形成极为复杂的源汇格局。
西热带大西洋（WTA）冬季的碳循环过程长期缺乏观测。在 Surface Ocean CO₂ Atlas（SOCAT）数据库中，穿越该区域、位于 10°N 以南的冬季断面仅有一条。与此同时，亚马逊河羽流被认为是具有全球重要性的碳汇——若不将其计入，热带大西洋海气 CO₂ 通量将被高估约 10%。北巴西流（NBC）沿南美海岸北流，在约 8°N 处转向（retroflection），并脱落世界上尺度最大的中尺度涡——北巴西流环（NBC rings）。这些涡旋每年脱落 5—9 个，直径约 250 km，以 8—15 km/天的速度向西北移动，是搅动区域水团的关键动力。冬季径流量虽相对偏低但仍显著，涡旋与亚马逊羽流如何相互作用、又如何在冬季决定碳通量，此前几乎是空白。
二、观测平台与方法
原文点名系统与观测时段：“An OceanPack CUBE FerryBox system from SubCtech was installed on RV Merian measuring continuously the oceanic fCO2 from 23 January to 19 February 2020.”
—— Olivier et al., 2022, Biogeosciences（DOI: 10.5194/bg-19-2969-2022）
EUREC4A-OA/ATOMIC 联合航次于 2020 年 1—2 月实施，参与船舶包括法国“阿塔兰特”号、德国“玛丽亚·S·梅里安”号（下称 Merian）与美国“罗纳德·H·布朗”号（下称 Ron Brown）。三船均从海面以下约 5 m 处取水，连续测量温度、盐度与 fCO₂。
其中，OceanPack CUBE FerryBox 走航系统安装于 Merian 号，自 1 月 23 日至 2 月 19 日连续测量海表 fCO₂。系统以约 7 L·min⁻¹ 的流量取水，先经去泡器脱除气泡，再流过温盐传感器，随后进入膜式平衡单元——CO₂ 透过膜扩散，膜另一侧的空气回路以 0.5 L·min⁻¹ 循环，最终进入高精度非色散红外（NDIR）气体分析模块完成定量。这一“水泵—脱气—膜平衡—红外检测”的连续流路，正是走航观测在船体颠簸、盐雾与长周期无人值守条件下保持稳定的关键。
对比船方面，阿塔兰特号采用传统的大型气—水平衡器（淋浴式）配合独立红外检测，于 1 月 30 日至 2 月 18 日运行，并额外采集了 138 个溶解无机碳（DIC）与总碱度（TA）样品用于碳酸盐体系定标；Ron Brown 号同样采用大型气—水平衡器方案。
数据后处理中，作者对各船 CO₂ 数据统一步做了“取水口温度与分析温度差”的校正。为把稀疏的船测数据扩展到区域尺度，研究又利用表层温度—盐度—叶绿素 a 的三维线性插值关系，结合卫星海表盐度、海温与叶绿素 a 产品，将 fCO₂ 重建到 2.5 km 网格上，进而计算海气 CO₂ 通量。
三、主要结果
图1. 德国SubCtech公司 紧凑型走航观测系统OceanPack CUBE
图2. 西热带大西洋表层盐度（a）与海气 ΔfCO₂（b）分布，白线标示北巴西流、北赤道流与涡旋走向（Olivier et al., 2022）
其一，冬季该区域是一个被严重低估的碳汇。 2020 年 2 月，5—16°N、59—50°W 海域的积分海气 CO₂ 通量为 −1.7 TgC/月，即海洋从大气吸收碳；而同期气候态给出的吸收量比它小约 10 倍。区域重构通量与船测航迹通量相互印证，重建 fCO₂ 与实测 fCO₂ 沿航迹的标准差仅约 4 µatm。
其二，北大西洋副热带水贡献了约 60% 的碳汇。 该水团盐度介于 35—36，冬季受强烈冷却与强风驱动，叶绿素 a 低于 0.14 mg·m⁻³。Ron Brown 号在其中测得 ΔfCO₂（海—气差）约 −40 µatm，Merian 号某条断面也低于 −30 µatm，均指向明显的大气 CO₂ 汇。
其三，亚马逊淡水羽流以 10% 的面积贡献了近 20% 的碳汇。 羽流具有低盐（SSS < 34.5）、低 fCO₂（< 380 µatm）、高叶绿素 a 的特征。2 月 5 日羽流宽度约 100 km，最低盐度约 30，ΔfCO₂ 低至 −73 µatm；随后被 NBC 涡旋向北输运至 12°N，覆盖面积超过 100 000 km²。羽流携带的硅酸盐浓度达 4—10 µmol·kg⁻¹，而硝酸盐在表层几近耗竭。
其四，不同结构可正可负。 NBC 转向区的赤道水上涌带来相对高 fCO₂，是区域内唯一稳定的小型碳源；被涡旋持续搅起的陆架丝状体宽度仅约 10 km，fCO₂ 高于 430 µatm，ΔfCO₂ 达 +50 µatm，与淡水羽流形成鲜明反差。值得注意的是，涡旋“捕获”赤道水的效应在冬季相对较弱，真正塑造碳通量的，更多是涡旋从近岸搅起的丝状水体，而非涡旋核心本身。
图3. 三船航迹的水团分类（a）及温—盐—叶绿素 a—fCO₂ 属性（b—d）：北大西洋副热带水、淡水羽流、陆架水、改性北巴西流水与丝状体各成一簇（Olivier et al., 2022）
四、结论与科学意义
研究指出，西热带大西洋冬季的碳通量由中尺度涡与亚马逊羽流的相互作用主导，其格局与夏季截然不同：北部海域的通量主要由海温控制，南部则由温度、盐度与叶绿素共同决定，因此与 NBC 涡旋生成和亚马逊径流的年际变率紧密相关。此前气候态之所以低估该区域的碳汇，很大程度上源于数据稀疏，无法刻画中尺度与小尺度过程。作者强调，要更准确地预测 fCO₂，尤其需要 10°N 以南的高分辨率海表盐度产品——盐度是那里最有价值的 fCO₂ 预测因子。该研究也坦承，靠近海岸的 fCO₂ 数据仍然不足，且目前仅刻画了两个具有不同特征的涡旋。
五、对海洋碳与温室气体观测的启示
这项工作展示了一条成熟的技术路径：把可长期无人值守的走航式 pCO₂ 观测系统装载到大型科考船上，与 DIC/TA 采样、温盐及营养盐测定协同，就能在数周尺度上获得高时空分辨率的海表 fCO₂ 序列，并进一步与卫星数据融合，把“点”的观测扩展为“面”的碳通量估计。对国内海洋科研院所与涉海单位而言，OceanPack 这类集成化走航系统在 FerryBox、机会船（ship-of-opportunity）以及区域碳汇核查等场景中，都能承担海表 pCO₂/fCO₂ 的连续测量任务；其膜式平衡与红外检测的组合方案，在长期稳定性与维护便利性之间提供了实用平衡。航次级的高质量比对（如本研究三船同区观测）也提示：跨平台观测的一致性评估，是让数据真正进入全球数据库、支撑碳收支评估的必要环节。
参考文献
1. Olivier, L., Boutin, J., Reverdin, G., Lefèvre, N., Landschützer, P., Speich, S., Karstensen, J., Labaste, M., Noisel, C., Ritschel, M., Steinhoff, T., & Wanninkhof, R. Wintertime process study of the North Brazil Current rings reveals the region as a larger sink for CO₂ than expected. Biogeosciences, 2022, 19(12): 2969–2988. DOI: 10.5194/bg-19-2969-2022
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