法国土伦大学地中海海洋学研究所（MIO）、索邦大学维尔弗朗什海洋学实验室（LOV）、布雷斯特海洋环境科学实验室（LEMAR）等机构组成的科研团队，在东北大西洋波丘派恩深海平原（PAP-SO）海域开展的APERO航次中，首次将法国HYDROPTIC公司的UVP6水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统搭载于SeaExplorer水下滑翔机，对三个中尺度涡旋及其间锋面进行了长达25天、约500公里的连续剖面观测，捕捉到颗粒有机碳（POC） stock与通量在10公里尺度上即可相差一个数量级的剧烈变化，并证明涡旋核心与锋面区控制碳输出的机制截然不同。成果发表于《Journal of Geophysical Research: Oceans》。
研究背景
海洋吸收了工业革命以来约30%的人为二氧化碳排放，其中生物泵——表层浮游植物固碳、颗粒有机碳沉降并向深海传递——是长期封存碳的关键途径。然而生物泵的强度始终难以精确量化：海洋雪大小、形状、组分各异，沉降速率从每天几米到数百米不等；更棘手的是，碳输出在中尺度涡旋、锋面等（亚）中尺度动力过程调制下呈现极强的时空变异，卫星高度计的有效分辨率（100—150公里、14—21天）根本无法分辨。要回答“碳到底在何处、以何种效率沉入暮光层”，就需要一种能搭载自主平台、在千米水深连续“数颗粒”的原位成像仪器。UVP6正为此而生——小型化、低功耗的设计使其能装上滑翔机与BGC-Argo浮标，把粒径谱测量带到传统船采无法覆盖的时空尺度。
研究过程
2023年6月3日—7月15日，法国两艘科考船Thalassa号与Pourquoi Pas?号在PAP-SO观测站海域实施APERO航次（评估海洋生源物质的生产、输出与再矿化：从表层到黑暗海洋），综合调度了243个CTD站位、144个海洋雪捕捉器、5套漂流颗粒物捕集器阵和多台自主平台。其中，SEA092号SeaExplorer滑翔机于6月9日—7月3日连续作业25天，往返穿梭于一个气旋涡C1和两个反气旋涡A1、A8之间，完成0—1000米水深的锯齿状剖面，航程约500公里。滑翔机集成温盐、溶解氧、叶绿素荧光、700纳米光学后向散射（bbp700）等传感器，核心载荷为法国HYDROPTIC公司UVP6-LP低功耗型成像器：像元分辨率73微米，每帧拍摄约0.7升水体，以5米垂向分辨率连续记录大于80.6微米的颗粒并保存大于620微米浮游生物的抠图影像，整个航段累计获取144,623张水下图像。团队对10个粒径档（80.6—1290微米）逐一进行质量控制后，先用Alldredge经验公式将粒径谱转换为POC浓度，再利用航次中48组UVP6与沉积物捕集器的同步配对观测，对Guidi等（2008）的通量-粒径幂律关系进行区域化率定（决定系数从0.23提升至0.49），获得逐剖面的POC通量估算；结合卫星高度计拉格朗日 backtrack 追踪，追溯每个水团25天内的来源轨迹。
图1. 法国HYDROPTIC公司UVP水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统（图示为UVP6型号，论文使用UVP6-LP）
实验结果
一、颗粒分布呈现剧烈的（亚）中尺度异质性。 UVP6剖面清晰刻画出三个涡旋的“个性”：气旋涡C1因营养盐跃层抬升（涡致泵升效应）最为肥沃，上层100米小颗粒浓度高达15—30万个/立方米，并向下延伸至200—300米；反气旋A1表层出现次级峰值；两涡之间的锋面上颗粒浓度在几十公里内骤降3倍（图2）。
图2. 卫星高度计揭示的气旋C1与反气旋A1、A8及滑翔机（绿点）穿越路径（图片来源：Chevillon et al., 2026 Fig.3）
二、碳输出在锋面处10公里内即可“腰斩”。 POC通量断面显示：C1(a)上方40米通量高达800—1000毫克碳/平方米/天，穿越锋面后在反气旋一侧骤降至150—200毫克碳/平方米/天——不足10公里距离内相差达一个数量级；即使在1000米深处，各结构间通量仍相差2—3倍（图3）。
图3. 沿三条涡旋断面的叶绿素荧光、bbp700信号与UVP6三个粒径档颗粒浓度分布（图片来源：Chevillon et al., 2026 Fig.6）
三、涡核与锋面的碳输出机制截然不同。 15天后重访C1时，其表层通量已下降近一个数量级，反映水华消退后大颗粒快速沉降；而中层通量仅减半，说明深层信号相对“解耦”。拉格朗日轨迹显示三个涡旋均为相对封闭系统，涡核内碳输出以重力沉降主导；锋面区则是不同来源水团的辐合带——颗粒贫乏的高温高盐水与颗粒丰富的冷淡水在此对峙，POC通量的锋面变异主要由水平平流“搬运”而来，而非局地垂向输出增强。分析还表明，bbp700后向散射显著低估且无法分辨深层大颗粒POC，而UVP6以0.7升采样体积逐一识别单颗粒，对中大颗粒的定量能力不可替代（图4）。
图4. 三条断面的POC通量分布及各涡旋平均垂直通量廓线（图片来源：Chevillon et al., 2026 Fig.8）
研究结论
该研究首次在东北大西洋用滑翔机载UVP6完整解析了涡旋—锋面系统中的碳输出细结构，证明（亚）中尺度过程是调控生物泵效率的第一序动力：涡旋核心如封闭反应器，重力沉降主导输出；锋面如传送带，水平平流重塑颗粒分布。仅凭卫星或船采既看不到10公里尺度的通量骤变，也无法追踪涡旋两周内的输出衰减。这一突破依托的正是UVP6为自主平台而生的新一代能力：低功耗、小型化使其在滑翔机上连续作业25天、数百个剖面不断线，73微米分辨率覆盖80.6微米至毫米级完整粒径谱，让“每5米一层、每层0.7升”的定量成像成为深海碳通量的新标尺。法国HYDROPTIC公司的UVP系统由此从船载CTD附件进化为海洋碳泵的“移动观测哨”，为全球变化下的碳输出估算提供了可复制、可组网的原位成像方案。
参考文献
Chevillon, E., Bosse, A., Zakardjian, B., Accardo, A., Guidi, L., Bhairy, N., Fuda, J.-L., Picheral, M., Luneau, C., Dasi, P., Meunier, L. (2026). Meso‐ to Submesoscale Variability of Particulate Carbon Export Captured by a Glider‐Camera System in the Northeast Atlantic During the APERO Campaign. Journal of Geophysical Research: Oceans, 131, e2025JC023403. DOI: 10.1029/2025JC023403
Picheral, M., Catalano, C., Baudena, A., Elineau, A., Irisson, J.-O., Taillandier, V., Lombard, F., Stemmann, L. (2022). The Underwater Vision Profiler 6: an imaging sensor of particle size spectra and plankton, for autonomous and cabled platforms. Limnology and Oceanography: Methods, 20, 115–129. DOI: 10.1002/lom3.10475
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