近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境与岛礁生态全国重点实验室海洋环境模拟与应用技术研究团队（海洋碳及生物地球化学循环模拟组）在全球海洋重要非二氧化碳（CO₂）温室气体——氧化亚氮（N₂O）释放量的演变规律及其受气候模态影响的研究中取得重要进展。相关研究成果以“Recent changes in global ocean N₂O fluxes and their relationship to ocean climate variability”为题，发表于地学大类一区Top期刊《Global Biogeochemical Cycles》（5-year IF: 6.4）。

氧化亚氮（N₂O）是大气中一种寿命长达114–120年的强效温室气体，其百年尺度全球增温潜势约为二氧化碳（CO₂）的300倍，是仅次于CO₂和CH₄的第三大温室气体。海洋是大气N₂O的重要自然来源，但目前对其向大气释放量的估算仍存在较大不确定性。受限于观测数据的稀疏性，现有基于人工智能方法构建的重构数据仅限于季节尺度，难以揭示其与气候系统之间的互馈机制，从而为实现《巴黎协定》1.5°C温控目标带来了挑战。

该研究基于新一代大洋环流数据同化系统与生物地球化学耦合模式ECCOv4-Darwin，构建了适用于N₂O的参数化方案（图1），并据此开展了长达26年（1992–2017年）的数值模拟。模拟结果表明，全球海洋向大气的N₂O释放量约为2.4 Tg N yr⁻¹，且以每年 -0.02 Tg N yr⁻¹的速率呈下降趋势。这一变化主要归因于上层海洋层结加剧，抑制了N₂O的生成与上涌过程（图2）。赤道东太平洋、印度洋和南大洋是三大热点释放区，其年际波动受区域主导气候模态的调控。具体而言，赤道东太平洋和印度洋的N₂O释放量与厄尔尼诺-南方涛动指数（ENSO）分别呈强负相关（r = -0.93）与正相关（r = 0.53）。在ENSO正位相（厄尔尼诺事件）期间，赤道东太平洋风速减弱、温跃层加深，抑制了该区域N₂O的释放；同时，厄尔尼诺事件激发正位相的印度洋偶极子（IOD），导致赤道东印度洋温跃层抬升，从而加剧该区域N₂O的释放。在南大洋，N₂O释放量与南半球环状模态（SAM）呈高度正相关（r = 0.76）。当SAM处于正位相时，西风带加强并向极地偏移，增强埃克曼抽吸作用，促进富含N₂O的次表层水上涌，进而增加N₂O的释放。

与CO₂相比，N₂O等海洋温室气体具有更强的全球增温潜势，犹如气候系统中的“隐形杠杆”，不仅放大了气候威胁，也成为实现治理突破的关键所在。本研究首次揭示了海洋-大气动力过程在调控海洋N₂O排放中的核心作用，为未来科学制定海洋负排放方案、以低成本和高效益实现《巴黎协定》1.5°C温控目标，提供重要科学依据。

图1  包含N₂O参数化方案的全球“物理-生态”耦合模式示意图

图 2  全球海洋N₂O释放量空间分布及去季节化时间序列

该论文的第一作者为博士研究生马凯，通讯作者为研究员冯洋，主要合作者包括美国斯特里普斯海洋研究所研究员Manfredi Manizza （现工作于意大利亚斯特国家海洋与应用地球研究所），美国宇航局喷气推进实验室研究员Dimitris Menemenlis（现工作于美国莫斯登陆海洋实验室），美国波士顿学院席勒综合科学与社会学院地球与环境科学系教授田汉勤，中山大学大气科学学院教授杨清华，中国科学院海洋研究所海洋环流与波动重点实验室研究员刘传玉。该研究获得国家重点研发计划、河口海岸全国重点实验室开放基金、南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）海洋生态环境与碳汇任务、广东省基础与应用基础研究基金面上项目、国家重大科技基础设施项目“地球系统数值模拟装置”及海洋负排放大科学计划等的联合资助。

论文信息：Kai Ma, Manfredi Manizza, Yonglin Liu, Dimitris Menemenlis, Hanqin Tian, Kate Zhang, Qinghua Yang, Chuanyu Liu, Yang Feng*. (2026). Recent changes in global ocean N₂O fluxes and their relationship to ocean climate variability. Global Biogeochemical Cycles, 40, e2025GB008942. 

原文链接：https://doi.org/10.1029/2025GB008942