王為磊:摸清海洋固碳“家底”

文章來源:科技日?qǐng)?bào)符曉波2024-03-28 12:56

  海洋是地球最重要的碳匯聚集地。人類活動(dòng)每年向大氣排放的二氧化碳總量達(dá)55億噸,其中約20億噸被海洋吸收,陸地生態(tài)系統(tǒng)僅吸收7億噸左右。
 
  “海洋具有固碳潛力已成共識(shí),但在實(shí)施任何形式的增匯之前,必須搞清海洋固碳能力。我們的研究,就是用新技術(shù)摸清海洋固碳‘家底’。”廈門大學(xué)海洋與地球?qū)W院教授王為磊3月27日在接受記者采訪時(shí)說。
 
  不久前,王為磊聯(lián)合國內(nèi)外研究人員利用逆模型,首次描繪出海洋生物碳泵分布格局圖,為海洋碳匯估算提供了新方法和新視角。
 
  這一成果在《自然》雜志發(fā)表后引發(fā)關(guān)注。國際學(xué)術(shù)成果影響力評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)顯示,論文發(fā)表后2個(gè)月內(nèi),受關(guān)注度排名位列全球所有同期發(fā)表論文的前1%,研究成果被全球30多家媒體報(bào)道。
 
  用模型反推生物碳泵通量
 
  浩瀚的海洋到底能夠儲(chǔ)存多少碳?
 
  長久以來,科學(xué)界一直在努力回答這個(gè)問題。但因過程復(fù)雜且觀測(cè)數(shù)據(jù)稀缺,此前相關(guān)估算結(jié)果至少存在3倍誤差。王為磊團(tuán)隊(duì)借助學(xué)科交叉方法,用計(jì)算機(jī)建模,大大降低了估算誤差,在這一領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破。
 
  這項(xiàng)研究的主角是海洋生物碳泵。
 
  “它們就像陸地上豐富多樣的植被一樣,是海洋固碳的主力軍。”王為磊介紹,浮游生物是海洋生物碳泵的主要組成部分。海洋中數(shù)量龐大、形態(tài)各異的浮游生物通過光合作用把二氧化碳轉(zhuǎn)化為有機(jī)碳,并像泵一樣把有機(jī)碳源源不斷地向海底輸送,使其與空氣隔離。
 
  雖然浮游生物扮演著關(guān)鍵角色,但因生產(chǎn)的有機(jī)物數(shù)量龐大、大小不一、分布不均,直接觀測(cè)和量化它們成為氣候科學(xué)及地球科學(xué)研究的難點(diǎn)。
 
  “我們的創(chuàng)新在于用計(jì)算機(jī)模擬方法估算出了海洋固碳能力。”王為磊介紹,在建模過程中,他和團(tuán)隊(duì)采用逆向思維,并不直接建立海洋生物碳泵固碳的具體模型,而是從水文參數(shù)分布出發(fā),通過整合海洋碳、磷和氧元素的循環(huán)數(shù)據(jù),建立反演模型。
 
  “無論有機(jī)碳以何種方式從海洋表層遷移,它都會(huì)影響水文參數(shù)分布。因此,如果我們能夠準(zhǔn)確建立水文參數(shù)變化模型,就可以反推海洋生物碳泵的通量。”王為磊說,反演模型巧妙地規(guī)避了數(shù)據(jù)不足和計(jì)算過程中過度參數(shù)化問題,確保了模型預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。
 
  引導(dǎo)學(xué)生跳出思維“盒子”
 
  這并不是王為磊第一次在海洋研究中運(yùn)用數(shù)字建模技術(shù)。早在2019年,還在從事博士后研究的他就嘗試?yán)媚嫦蚍囱菽P蜏y(cè)算海洋不同區(qū)域的固氮速率及其調(diào)控因素。
 
  擁有多學(xué)科背景的王為磊始終對(duì)科學(xué)研究保持著開放且包容的心態(tài)。求學(xué)期間,他逐步萌生搭建全要素耦合的生物地球化學(xué)逆模式的想法。當(dāng)時(shí),全球還沒有多少科學(xué)家開展過這類研究。
 
  “幾十年、上百年的海洋觀測(cè)積累了豐富的科考數(shù)據(jù),模型預(yù)測(cè)應(yīng)該充分挖掘和整合這些數(shù)據(jù),提升人類對(duì)海洋的認(rèn)知水平,這樣才對(duì)得起前人的付出。”王為磊說。
 
  2021年,王為磊加入廈門大學(xué)。此后多年,他和團(tuán)隊(duì)成員不斷完善自主研發(fā)的逆向反演模型。
 
  此外,王為磊經(jīng)常鼓勵(lì)學(xué)生打破學(xué)科壁壘,提升系統(tǒng)性思維能力。在每周一次的組會(huì)上,不同學(xué)科背景的教授和學(xué)生共同探討學(xué)術(shù)問題,表達(dá)自己的看法。
 
  “王老師常說,必須跳出思維‘盒子’,不要用固有思維看問題。有時(shí),他還會(huì)故意跟我們‘唱反調(diào)’,引導(dǎo)我們發(fā)散思考。”王為磊科研小組的一位組員對(duì)記者說。
 
  “海洋占地球表面積的70.8%,但人類對(duì)海洋知之甚少。”王為磊說,利用好、保護(hù)好海洋資源是促進(jìn)人與自然和諧共生的重要任務(wù)。在這個(gè)過程中,模型和數(shù)據(jù)處理技術(shù)是不可或缺的工具。接下來,他要培養(yǎng)更多交叉學(xué)科人才,不斷完善大尺度生物地球化學(xué)模型,加深人類對(duì)海洋認(rèn)識(shí)。
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