南方海洋实验室分中心杨清华教授联合国际科研团队系统研究海冰对CH₄的收支影响并量化其吸收强度

      全球海洋每年向大气排放9-22 Tg 甲烷，但这个数量很难精确计算，尤其是在极地区海洋地区。在南大洋海冰边缘区（MIZ）中海冰对海-气CH₄交换影响及其对全球海洋CH₄排放的贡献如何至今存在争议。南方海洋实验室分中心杨清华教授联合国际科研团队合作在Geophysical Research Letters（《地球物理研究通讯》）发表题为“Sea ice modulates air–sea methane flux in the Southern Ocean”的研究论文，系统研究了海冰对CH₄的收支的影响并量化其吸收强度。

       海冰通常被当作阻碍气体交换的屏障，并认为气体传输速度与海冰密集度（SIC）成负线性关系，但这种关系并不总是成立的。极区海洋甲烷排放估算主要依据在中纬度开阔海洋中开发的整体法，该方法在MIZ具有不确定性。为此，中山大学杨清华教授团队依托中国第37次南极科考，在南大洋MIZ利用走航式船载涡度协方差（EC）技术对海气CH4通量进行直接观测，根据SIC的变化来探讨海冰对海-气CH₄交换影响，并评估观测区域对全球海洋CH₄排放的贡献。

      基于现场观测数据，研究团队揭示了海冰对南大洋海-气CH4通量的影响机制。首先，团队通过对船载EC观测数据和姿态数据分析，建立并发展了一种海-气湍流交换算法。该算法为研究海-气湍流交换提供了一种直接测量的技术手段。基于此，研究进一步分析了SIC与海-气CH4通量的关系。结果表明，南大洋MIZ是大气CH4的汇（图1），并且62°S以南且SIC< 60%的区域在2021年1月吸收-0.15±0.005 Tg CH4，可抵消全球海洋CH4年排放量（约 6-12 Tg）的1.21-2.58%；0<SIC<60%的海域在同一时期吸收的CH4占SIC <60%海域吸收量的23.87-29.66%。

     进一步分析表明，SIC在10-40%范围时，海洋对大气中CH4吸收最强，其原因是海冰融化生成的淡水具有低温、低盐度和高溶解度特征，促进了对大气CH4的吸收（图2）。

   本研究为极地海洋CH4排放的精确量化提供工作基础，同时也为MIZ区域开展温室气体（CO2、CH4）的直接测量提供新方案。

【文章链接】https://doi.org/10.1029/2024GL112073

【论文信息】Zhang, G., Yang, Q.*, Han, B., Prytherch, J., Thornton, B. F., & Chen, D. 2025: Sea ice modulates air–sea methane flux in the Southern Ocean. Geophysical Research Letters, 52(1), e2024GL112073. 

【数据链接】https://doi.org/10.5281/zenodo.14028662.