澳洲森林大火滋养海洋浮游植物生长

作者:王云涛 发布日期:2021-10-08 阅读:492

      近日,我室王云涛等在国际期刊Science of the Total Environment发表文章,分析了2019年至2020年澳洲森林大火诱发的海洋浮游植物快速生长,通过分析陆地植被燃烧、大气气溶胶传输、海洋叶绿素变化,发现海洋浮游植物的生长能够有效吸收陆地森林大火燃烧所释放的二氧化碳,陆地损失的碳中至少50%转化为海洋的碳,证实海洋对于减缓极端事件影响和全球气候变化具有重要的作用。浙江大学联培博士生陈焕焕、海洋二所硕士生汤锐作为文章的共同第一作者,文章合作者包括实验室海星学者浙江大学何丁研究员、美国缅因大学Mark Wells教授和Emmanuel Boss教授,其他合作者包括薛慧洁教授、李忠平教授等,通讯作者为我室柴扉研究员。

      森林大火是影响全球大气组分和驱动气候变化的重要过程之一,热带雨林区域在降雨减少、湿度降低时,较易发生火灾,对当地人民生活、空气质量、植被资源、野生生物等产生不利的影响。在气候变化的背景下,森林大火的频率和强度不断增加,并可能发生在历史上不常见火灾的区域。例如,澳大利亚北部和东部自2019年9月至2020年3月,发生了该地区史无前例的森林大火,影响面积达到20万平方公里以上(图1),诱发了极严重的经济损失、空气污染和森林生态系统破坏。特别是澳洲东部区域,历史上并未发生过严重的森林大火,然而自2019年11月开始,大火快速蔓延,造成当地将近6万平方公里的桉树林被毁。结合燃烧植被的含碳量,折算得到本次事件澳洲东部燃烧损耗的碳总量为320.9Tg。

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图1. 澳洲森林大火(a)发生区域的初始燃烧时间,(b)澳洲北部和东部每日的燃烧面积,东部区域累积的燃烧面积

      由于森林大火燃烧排放了大量的空气污染物,利用卫星遥感的气溶胶数据能够追踪大火排放物质的传输路径(图2)。结合HYSPLIT物质传输模式,发现在风场的作用下,澳洲东部大火释放的气溶胶向东移动,经过一周左右的时间穿越太平洋,期间能够经过南大洋北部的高营养盐低叶绿素海区。这些区域海洋浮游植物的初级生产主要受到痕量元素铁的限制,当气溶胶中的铁元素随沙尘沉降进入海洋时,能够显著促进这些海区浮游植物的初级生产。

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2. 澳洲东部大火后(a-e)一周时间的风场和气溶胶指数分布,以及(f)利用HYSPLIT大气物质输运模式,模拟气溶胶颗粒的传输分布概率图

       利用卫星遥感叶绿素数据,观察到在南大洋北部海区,在澳洲大火气溶胶经过后的数月时间,海洋叶绿素较气候态增高3倍以上(图3)。通过比较时间序列,发现叶绿素增长发生在气溶胶提升之后,且叶绿素变化相对更为持久。选取南大洋开阔海域叶绿素增加最明显的区域,利用叶绿素变化量与对应混合层深度数据,估算本次事件海洋浮游植物吸收的碳总量为152.2 ± 83.5 Tg,约占陆地燃烧损耗碳量的47.4%。由于本计算中未考虑近岸叶绿素的增加,以及气溶胶向其他海域飘散促进的初级生产增长,因此海洋总体吸收的碳量将高于本次估算,证实海洋能够有效减缓极端事件对全球气候变化的影响。

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图3. 2019年12月至202年5月澳洲东部海域(上)叶绿素平均与对应气候态分布图,(下)叶绿素增加最显著区域的气溶胶指数、叶绿素时间序列,阴影代表对应气候态时间序列。

Wang, Y., H.-H. Chen, R. Tang, D. He, Z. Lee, H. Xue, M. Wells, E. Boss, F. Chai (2021), Australian fire nourishes ocean phytoplankton bloom. Science of the Total Environment, doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.150775.


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