近日，多國研究團隊在本格拉上升流系統氣旋渦旋中，以準拉格朗日觀測明確了“全渦旋核心俯沖泵（FECSP）”這一新型海洋碳輸出機制，并闡明了渦旋碳氧收支平衡規律。在該研究中，UVP6作為核心裝備，為解析中尺度渦生物地球化學過程提供了關鍵數據。

研究背景

生物碳泵（BCP）是海洋調節氣候的關鍵過程，通過將表層吸收的大氣二氧化碳轉化為顆粒有機碳（POC）并向深海輸送，實現長期碳封存。其中，傳統認知中的生物重力泵（BGP）是碳輸出的主要途徑，但中尺度渦（直徑數十至數百公里、壽命數周至數月）驅動的碳遷移長期缺乏系統量化，海洋中層（200-1000米）碳供給與代謝需求失衡、碳氧循環耦合等問題，受觀測技術所限難以精準破解。

渦旋可捕獲富營養水體且孤立于周邊環境，是研究水團生物地球化學過程的天然“實驗室”。傳統歐拉觀測難以追蹤移動渦旋，而UVP6與生物地球化學Argo（BGC-Argo）浮標的結合，實現了對渦旋的長期跟隨式觀測，為破解上述科學難題提供了關鍵技術支撐。

研究方法

2021年4月，研究團隊在本格拉上升流系統氣旋渦旋中，部署了搭載UVP6（法國，HYDROPTIC品牌，圖1） 的BGC-Argo浮標（圖2），并以準拉格朗日策略連續觀測五個月，直至渦旋與另一氣旋合并消散。

圖1 法國HYDROPTIC公司水下顆粒物和浮游動物圖像原位采集系統UVP6

圖2 BGC-Argo浮標運行軌跡及分析所得的渦旋軌跡

UVP6作為核心觀測模塊，可原位采集0.102-16.40mm粒徑范圍的顆粒物與浮游生物圖像，精準獲取顆粒豐度、粒徑分布等關鍵參數。后續通過經驗關系計算高分辨率POC通量與再礦化速率。浮標還搭配了多種傳感器，結合衛星遙感、船載ADCP數據，構建“原位觀測-衛星驗證-模型反演”框架，全程跟隨渦旋核心，獲取覆蓋其完整生命周期的高時空分辨率數據集。

研究結果

1. 發現新型碳輸出機制——全渦旋核心俯沖泵（FECSP，圖3）

UVP6獲取的顆粒物粒徑譜與POC通量數據顯示，渦旋核心在西向漂移過程中持續俯沖，帶動水體中的POC向深海輸送。該機制（FECSP）在450米深度的碳輸出量達到239±156噸C/天，約占生物重力泵（BGP，647±377噸C/天）的1/4至1/2，成為渦旋環境下不可忽視的碳匯途徑。這一發現證實了全渦旋俯沖對碳輸出的顯著貢獻，進軍傳統生物碳泵研究。

 圖3 a為FECSP與生物重力泵（BGP）的碳輸出原理示意圖；b量化了不同深度下FECSP與BGP的POC輸出率 

2. 破解海洋中層碳氧收支失衡難題

通過UVP6數據計算的顆粒相關呼吸率（PARR）與水體碳移除率，在擴展粒徑譜至0.025-0.102mm（進軍UVP與顆粒物后向散射傳感器觀測）后，與氧消耗率實現了良好匹配（320米以下尤為顯著）。研究表明，0.025-0.102mm粒徑范圍的顆粒物是碳庫的重要組成部分，其貢獻此前被嚴重低估，這一發現為調和長期存在的海洋中層碳供給與需求失衡矛盾提供了關鍵依據（圖4）。

 圖4 a為碳移除率計算的箱式模型；b、c對比了不同粒徑譜（含0.025-0.102mm 擴展粒徑）下，碳移除率、顆粒相關呼吸率（PARR）與氧消耗率的匹配情況

3. 揭示渦旋動態對生物地球化學特性的調控作用

UVP6觀測數據顯示，渦旋核心在俯沖過程中，其等密度面深度從290米逐步加深至370米，伴隨溫度負異常（達-5.42℃）和POC垂直分布的顯著變化；而渦旋合并事件后，混合層深度從65米加深至181米，核心區域微米級顆粒物（MiP）的POC濃度顯著升高（圖5）。這些變化表明，渦旋的俯沖與合并過程通過改變水體穩定性和顆粒物分布，直接調控碳循環效率。

 圖5 b（溫度）、c（溶解氧）展示了渦旋俯沖過程中等密度面加深、溫度負異常的變化；2f-h（POC相關參數）呈現了渦旋合并前后MiP-POC濃度的波動

研究結論

本研究明確FECSP新型碳輸出機制，證實中尺度渦在碳匯中的重要作用。UVP6所提供的高分辨率顆粒物粒徑譜與POC通量數據，是解析渦旋碳循環過程、量化碳氧收支平衡的核心支撐，其原位成像能力有效突破了傳統觀測技術在移動水體研究中的局限，凸顯了光學成像技術在推進海洋生物地球化學過程研究中的不可替代性。

未來，結合多平臺自主觀測設備協同部署，UVP6將為*氣候模型碳循環參數化方案、精準評估海洋碳匯潛力提供堅實數據基礎，為應對氣候變化提供科學支撐。

參考文獻

1. Baudena A, Laxenaire R, Catalano C, etal. A Lagrangian perspective reveals the carbon and oxygen budget of an oceanic eddy [J]. Communications Earth & Environment, 2025, 6: 318.