信息来源：https://www.sciencedaily.com/releases/2025/11/251108014024.htm
中国科学家利用激光卫星技术在南极极夜中的突破性发现 ，正在迫使全球气候研究界重新审视对海洋碳循环的基本认知。最新研究显示 ，南大洋在南极冬季释放的二氧化碳比此前估计高出40%，这一发现可能显著改变全球碳预算计算和气候变化预测模型的准确性 。
这项由自然资源部第二海洋研究所和中国科学院南京地理与湖沼研究所主导的研究，首次成功解决了困扰科学界数十年的南极冬季观测难题 。研究团队通过结合激光雷达卫星数据和人工智能分析技术 ，打破了传统卫星在极地黑暗条件下的观测限制 ，为理解地球最大碳汇的真实运作机制提供了前所未有的洞察。
南大洋作为全球碳循环的主要调节器，承担着吸收人类活动产生的大量二氧化碳的重要功能。然而 ，由于其地理位置的特殊性 ，这片海域在南极冬季会经历长达数月的极夜和极端恶劣天气，使得直接观测几乎不可能进行 。这种观测空白导致科学家长期依赖不完整的模型估算 ，从而在全球碳循环计算中留下了重大不确定性 。
技术突破照亮科学盲区
研究人员发现 ，南大洋在南极冬季排放的二氧化碳比之前的估计多约 40%。他们利用基于激光的卫星技术，发现了一种隐藏的季节性通量 ，重新定义了海洋在全球碳循环中的作用 。图片来源：Shutterstock
传统的海洋观测卫星主要依赖被动光学传感器 ，需要反射太阳光来收集数据，在南极冬季的极夜条件下完全失效 。研究团队创新性地采用了来自CALIPSO任务的激光雷达技术 ，这种主动传感器能够发射自己的激光信号 ，类似于雷达的工作原理，但使用激光而非无线电波进行探测。
这项技术革新使科学家能够"看穿"南极的黑暗，获得连续14年的冬季海洋二氧化碳交换数据 。通过将激光雷达数据与机器学习算法相结合 ，研究团队建立了第一个基于实际观测的南大洋冬季碳通量记录 ，彻底改变了对这一关键海域碳循环模式的理解 。
南京地理与湖沼研究所的史昆教授指出："我们的研究结果表明，南大洋在全球碳循环中的作用比以前已知的更加复杂和动态。"这一发现不仅修正了数字 ，更重要的是揭示了南大洋碳动力学的复杂性远超此前认知 。
研究结果显示 ，南大洋冬季的二氧化碳排放量被严重低估 。这种低估不仅影响了对南大洋碳汇能力的评估，也对全球碳预算计算产生了连锁反应。考虑到南大洋是全球海洋系统中吸收人为二氧化碳最多的区域之一 ，这一发现的重要性不言而喻 。
三循环框架重构理论基础
除了量化冬季排放的真实规模外 ，研究团队还提出了全新的"三循环框架"来解释南大洋不同区域的碳交换机制 。这一理论框架的建立，为理解南大洋复杂的碳循环模式提供了更加精确的科学基础。
在南极环流带 ，也就是南纬60度以南的区域 ，海冰覆盖和海水盐度等物理因素成为驱动二氧化碳交换的主要力量。海冰的形成和融化过程会显著影响海水的密度和循环模式，进而影响海洋与大气之间的气体交换效率 。
在极地前沿环流带 ，位于南纬45度至60度之间的海域 ，生物活动的影响变得更加突出 。这一区域的叶绿素浓度和海洋生物生产力成为影响二氧化碳交换的关键因素。海洋浮游植物的光合作用和呼吸作用直接决定了海水中二氧化碳的浓度变化 。
而在亚极地环流带，即南纬45度以北的区域，海表温度成为主导因素 。温度变化不仅影响二氧化碳在海水中的溶解度 ，还会影响海洋的垂直混合和营养物质的分布 ，从而间接影响生物活动和碳循环过程。
这种区域化的理解模式为改进全球气候模型提供了重要依据 。以往的模型往往将南大洋作为一个相对均匀的系统来处理，但新的研究表明 ，不同区域的碳循环机制存在显著差异 ，需要采用更加精细化的建模方法 。
全球气候预测的连锁反应
这项研究的影响远远超出了南大洋本身，对全球气候变化研究和政策制定都具有重要意义。准确的碳预算计算是制定气候政策和评估减排效果的基础 ，而南大洋作为全球最大的碳汇之一 ，其碳循环数据的准确性直接影响着全球碳预算的可靠性 。
政府间气候变化专门委员会等国际组织在制定气候预测和政策建议时，都依赖于精确的全球碳循环数据 。南大洋冬季排放量40%的修正 ，意味着全球海洋碳汇能力可能被高估 ，这将对未来的气候变化预测产生重要影响。
更为重要的是，这一发现揭示了地球气候系统中仍存在重大的知识盲区 。尽管人类对气候变化的理解在不断深入 ，但南极这样的偏远区域仍可能隐藏着影响全球气候的重要机制 。这提醒科学界需要继续投入资源 ，利用先进技术填补观测空白。
从技术发展的角度看，这项研究展示了主动遥感技术与人工智能相结合在地球科学研究中的巨大潜力。激光雷达技术能够在极端环境条件下进行精确观测，而机器学习算法则能够从大量复杂数据中提取有价值的信息 ，这种组合为研究地球上最难以观测的区域开辟了新的可能性 。
研究团队的工作还为未来的极地观测任务提供了重要参考 。随着气候变化的加剧 ，极地地区的变化对全球气候的影响越来越受到关注。利用先进的卫星技术和数据分析方法，科学家有望更好地监测和理解这些关键区域的变化过程 。
这项突破性研究不仅填补了南极冬季观测的空白 ，更重要的是为全球气候研究提供了新的视角和工具 。随着技术的不断进步和观测能力的提升 ，人类对地球气候系统的理解将更加全面和准确，为应对气候变化挑战提供更加坚实的科学基础。
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