第七届青年地学论坛

    海洋生源产生并排放的二甲基硫（DMS）是全球大气中硫的最大的自然源贡献者，其在大气当中会被氧化生成硫酸并参与气溶胶的形成与增长，继而影响云凝结核的生成，因此被认为在区域乃至全球尺度上具有显著的气候效应，这一点在最近几年的一些观测研究中得到了证实（Quinn et al., 2017）。上世纪80年代Charlson等人所提出的CLAW假说阐述了一种以DMS为关键物种的全球气候调节的反馈机制（Charlson et al., 1987），其中海洋DMS对于气候变化的响应是关系到CLAW假说是否成立的关键一环（Quinn and Bates, 2011）。但由于海洋当中硫的生物地球化学过程的复杂性以及空间异质性，目前对于全球不同海区DMS与环境因子之间的关系还缺乏系统性的认知，因此对于未来气候变暖情景下DMS的变化趋势预测还存在较大的不确定性。
    本研究基于全球海表DMS实测数据库和多种海洋物理、化学和生物参数的数据集，利用机器学习方法构建了海表DMS浓度的预测模型。该模型对于全球各大海区均具有较好的模拟能力。利用此模型模拟得到了1998年至2017年期间全球海表DMS浓度和通量的网格化数据，这为海洋上空中硫的大气化学模拟提供了非常有价值的DMS排放清单。结合全局敏感性分析和部分依赖图对于DMS和各环境因子之间的关系进行了探究，揭示了不同海区DMS时空变化的控制因子。利用第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）的资料集对于全球海表DMS自1850年至2100年的变化情况进行了模拟，其中未来预测（2015-2100年）分别采用了SSP2-4.5和SSP5-8.5两个情景。研究发现全球海表DMS的平均浓度随着气候变暖而呈略微下降趋势，1850-1859和2005-2014两个时间段的平均浓度分别为1.94 nM和1.90 nM，两个情景下2091-2100年的平均值分别为1.81 nM（SSP2-4.5）和1.77 nM （SSP5-8.5）。而由于海温升高和两极海冰融化导致的DMS海气传质系数总体呈上升趋势，全球海洋区域DMS向大气的排放总量变化不大。因此，在全球尺度上，DMS对于气候变暖可能并未产生显著的正响应，CLAW假说可能并不成立。不过，DMS的长时间尺度变化格局在空间上具有很大的差异。南大洋和北太平洋的DMS高值区呈现明显的极向移动的趋势。由于北大西洋经向翻转环流（AMOC）的减弱，北大西洋亚北极环流区的DMS浓度显著下降，而副热带环流区的DMS浓度则上升。太平洋中低纬度海区DMS普遍呈下降趋势，其主要由温度上升和磷酸盐浓度下降所导致。两极地区海冰的融化导致DMS的海气释放通量显著上升，北极地区尤为明显。本研究的结果对于进一步揭示海洋——生物——大气等多个圈层之间的密切联系及其在地球气候系统中的作用提供了有价值的信息，有助于增进我们对于气候变化所可能带来的影响的了解。

二甲基硫,气候变化,海洋生物地球化学,CLAW假说