王為磊在查閱文獻(xiàn)。 劉子墨攝
海洋是地球最重要的碳匯聚集地。人類活動(dòng)每年向大氣排放的二氧化碳總量達(dá)55億噸，其中約20億噸被海洋吸收，陸地生態(tài)系統(tǒng)僅吸收7億噸左右。
“海洋具有固碳潛力已成共識(shí)，但在實(shí)施任何形式的增匯之前，必須搞清海洋固碳能力。我們的研究，就是用新技術(shù)摸清海洋固碳‘家底’。”廈門大學(xué)海洋與地球?qū)W院教授王為磊3月27日在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)說。
不久前，王為磊聯(lián)合國(guó)內(nèi)外研究人員利用逆模型，首次描繪出海洋生物碳泵分布格局圖，為海洋碳匯估算提供了新方法和新視角。
這一成果在《自然》雜志發(fā)表后引發(fā)關(guān)注。國(guó)際學(xué)術(shù)成果影響力評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)顯示，論文發(fā)表后2個(gè)月內(nèi)，受關(guān)注度排名位列全球所有同期發(fā)表論文的前1%，研究成果被全球30多家媒體報(bào)道。
用模型反推生物碳泵通量
浩瀚的海洋到底能夠儲(chǔ)存多少碳？
長(zhǎng)久以來，科學(xué)界一直在努力回答這個(gè)問題。但因過程復(fù)雜且觀測(cè)數(shù)據(jù)稀缺，此前相關(guān)估算結(jié)果至少存在3倍誤差。王為磊團(tuán)隊(duì)借助學(xué)科交叉方法，用計(jì)算機(jī)建模，大大降低了估算誤差，在這一領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破。
這項(xiàng)研究的主角是海洋生物碳泵。
“它們就像陸地上豐富多樣的植被一樣，是海洋固碳的主力軍。”王為磊介紹，浮游生物是海洋生物碳泵的主要組成部分。海洋中數(shù)量龐大、形態(tài)各異的浮游生物通過光合作用把二氧化碳轉(zhuǎn)化為有機(jī)碳，并像泵一樣把有機(jī)碳源源不斷地向海底輸送，使其與空氣隔離。
雖然浮游生物扮演著關(guān)鍵角色，但因生產(chǎn)的有機(jī)物數(shù)量龐大、大小不一、分布不均，直接觀測(cè)和量化它們成為氣候科學(xué)及地球科學(xué)研究的難點(diǎn)。
“我們的創(chuàng)新在于用計(jì)算機(jī)模擬方法估算出了海洋固碳能力。”王為磊介紹，在建模過程中，他和團(tuán)隊(duì)采用逆向思維，并不直接建立海洋生物碳泵固碳的具體模型，而是從水文參數(shù)分布出發(fā)，通過整合海洋碳、磷和氧元素的循環(huán)數(shù)據(jù)，建立反演模型。
“無論有機(jī)碳以何種方式從海洋表層遷移，它都會(huì)影響水文參數(shù)分布。因此，如果我們能夠準(zhǔn)確建立水文參數(shù)變化模型，就可以反推海洋生物碳泵的通量。”王為磊說，反演模型巧妙地規(guī)避了數(shù)據(jù)不足和計(jì)算過程中過度參數(shù)化問題，確保了模型預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。
引導(dǎo)學(xué)生跳出思維“盒子”
這并不是王為磊第一次在海洋研究中運(yùn)用數(shù)字建模技術(shù)。早在2019年，還在從事博士后研究的他就嘗試?yán)媚嫦蚍囱菽Ｐ蜏y(cè)算海洋不同區(qū)域的固氮速率及其調(diào)控因素。
擁有多學(xué)科背景的王為磊始終對(duì)科學(xué)研究保持著開放且包容的心態(tài)。求學(xué)期間，他逐步萌生搭建全要素耦合的生物地球化學(xué)逆模式的想法。當(dāng)時(shí)，全球還沒有多少科學(xué)家開展過這類研究。
“幾十年、上百年的海洋觀測(cè)積累了豐富的科考數(shù)據(jù)，模型預(yù)測(cè)應(yīng)該充分挖掘和整合這些數(shù)據(jù)，提升人類對(duì)海洋的認(rèn)知水平，這樣才對(duì)得起前人的付出。”王為磊說。
2021年，王為磊加入廈門大學(xué)。此后多年，他和團(tuán)隊(duì)成員不斷完善自主研發(fā)的逆向反演模型。
此外，王為磊經(jīng)常鼓勵(lì)學(xué)生打破學(xué)科壁壘，提升系統(tǒng)性思維能力。在每周一次的組會(huì)上，不同學(xué)科背景的教授和學(xué)生共同探討學(xué)術(shù)問題，表達(dá)自己的看法。
“王老師常說，必須跳出思維‘盒子’，不要用固有思維看問題。有時(shí)，他還會(huì)故意跟我們‘唱反調(diào)’，引導(dǎo)我們發(fā)散思考。”王為磊科研小組的一位組員對(duì)記者說。
“海洋占地球表面積的70.8%，但人類對(duì)海洋知之甚少。”王為磊說，利用好、保護(hù)好海洋資源是促進(jìn)人與自然和諧共生的重要任務(wù)。在這個(gè)過程中，模型和數(shù)據(jù)處理技術(shù)是不可或缺的工具。接下來，他要培養(yǎng)更多交叉學(xué)科人才，不斷完善大尺度生物地球化學(xué)模型，加深人類對(duì)海洋認(rèn)識(shí)。
（記者 符曉波）