《中国科学院海洋研究所研究揭示大西洋热含量快速增加的新机制》

  • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者: liguiju
  • 发布时间:2024-06-24
  • 近日,中国科学院海洋研究所王凡团队联合伍兹霍尔海洋研究所科研团队在国际学术期刊Journal of Climate发表最新成果,基于观测和气候模式资料揭示了大西洋热含量增加快于印度洋-太平洋海盆的新机制,研究结果有助于理解全球海洋热量储存格局,为提高气候模式模拟和预测提供了科学依据。

    20世纪中期以来,大西洋存储了大量的人为热量,上层2000米大西洋的平均增暖速度几乎是印度洋-太平洋的三倍。CMIP6历史模拟捕捉到该海盆间增暖差异,并预计这一差异将持续到未来。在CMIP6模拟中,通过海表热通量变化导致的海洋热量吸收在形成海盆间增暖差异上发挥了核心作用。除了大西洋经向翻转环流减弱的原因外,变暖背景下大气过程的变化对进入北大西洋的海表热量吸收增加也至关重要。具体而言,1980年以来北大西洋人为气溶胶浓度的降低有利于大西洋海表热量吸收的增强。此外,大气环流向极地迁移,表面风速和云量在中高纬度减少,导致中纬度海表热吸收广泛增强,形成海表热吸收的经向结构。加之各海盆的地理形状,与印度洋-太平洋相比,大西洋的中纬度相对较宽,低纬度相对较窄,地理形状效应使得大西洋海盆平均热量吸收更高。

    论文第一作者为中国科学院海洋研究所任秋萍博士,任秋萍与李元龙研究员为共同通讯作者,合作者包括伍兹霍尔海洋研究所Young-Oh Kwon研究员、杨嘉岩教授和黄瑞新教授,以及中国科学院海洋研究所王凡研究员。研究得到了国家重点研发计划、中国科学院战略重点研究计划、国家自然科学基金及美国国家科学基金会物理海洋学计划等项目资助。

    论文详细信息:Ren, Q., Kwon, Y.-O., Yang, J., Huang, R. X., Li, Y., & Wang, F. (2024). Substantial Warming of the Atlantic Ocean in CMIP6 Models. Journal of Climate, 37(11), 3073–3091. https://doi.org/10.1175/JCLI-D-23-0418.1

  • 原文来源:https://qdio.cas.cn/2019Ver/News/kyjz/202406/t20240624_7195134.html
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    • 近日,中国科学院海洋研究所王凡团队联合美国国家大气研究中心、中国科学院大气物理研究所、麻省理工学院和复旦大学的科研团队在JCR一区Journal of Climate发表了最新研究成果,揭示了南大洋上层水体热含量年代际变率显著的纬向不对称性,而太平洋年代际振荡(IPO)是该不对称变率的主要驱动力。该项研究通过分析观测数据和气候模型模拟,深入探讨了南大洋在几十年尺度上的热量变化特征及其主要驱动机制,为理解南大洋热量储存的时间和空间变化提供了新的视角,为未来气候预测研究提供了参考价值。 南大洋是人为热量的主要汇集地之一,自20世纪中期以来表现出纬向准对称的深层变暖。相比之下,南大洋短期的热量储存模式更为复杂,并对区域气候和海洋生态系统产生了显著影响。该研究发现,南大洋的热量储存表现出显著的十年尺度变率,尤其在太平洋和大西洋-印度洋扇区呈现出相反的变化。太平洋扇区的热量变化幅度更大,主导了整个南大洋的热量储存变化。这些不对称变化主要是由风驱动的热量再分配引起,而不是通过表面热通量的热吸收作用。太平洋扇区变暖主要来自反气旋风异常引起的暖水汇聚,而大西洋-印度洋区变冷则由于气旋风异常引起的辐散冷却。CESM1集合大数据结果显示,风的变化主要来源于热带太平洋的自然变率,太平洋起搏器试验证明IPO是最主要的驱动力。正位相的IPO通过大气遥相关引发太平洋扇区较高的海平面气压和反气旋风异常,从而引起0-700米深度的水体变暖。此研究有助于深入理解南大洋热量储存的时空变化特征,并对未来的气候预测具有重要意义。 论文第一作者为中国科学院海洋研究所宋元元博士,通讯作者为李元龙研究员,合作者包括美国国家大气研究中心胡爱学教授,中国科学院大气物理研究所成里京研究员,麻省理工学院Gaël Forget博士,复旦大学陈晓丹博士,中国科学院海洋研究所段静博士以及王凡研究员。研究得到了国家自然科学基金、中国科学院先导专项等项目资助。 论文信息: Song, Y., Li, Y., Hu, A., Cheng, L., Forget, G., Chen, X., Duan, J., & Wang, F. (2024). Decadal Thermal Variability of the Upper Southern Ocean: Zonal Asymmetry. Journal of Climate, 37(11), 3117-3129. DOI: 10.1175/JCLI-D-23-0649.1
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    • 编译者:liguiju
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    • 近日,国际分子生物学期刊The EMBO Journal(Nature index)刊发了题为“Blue light promotes zero-valent sulfur production in a deep-sea bacterium”的论文,报道了中国科学院海洋所孙超岷课题组在深海硫氧化细菌硫代谢和光能利用耦合机制方面的最新研究成果,为认知和评估微生物对深海硫元素循环的驱动作用和贡献提供了新角度,也为解释我国南海冷泉喷口广泛分布硫单质的成因提供了新思路。 在深海生命形式中,微生物类型最为多样,对元素生物地球化学循环发挥关键的驱动作用。在众多元素中,硫元素参与了许多重要生命活动,与多个元素循环通路相耦联,其生物地球化学循环过程一直是了解深海物质能量循环的关注点。单质硫作为硫元素循环过程的重要中间代谢产物,可为微生物暂时储存能量。在前期科考调查中,海洋所张鑫团队基于拉曼光谱观测到我国南海冷泉环境中单质硫含量丰富,但是形成原因不清晰。孙超岷课题组发现一株冷泉细菌Erythrobacter flavus 21-3能基于一条新型硫氧化途径将硫代硫酸钠转化成单质硫,该硫氧化途径在很多深海微生物中都存在(ISME J, 2020),在深海原位被证实也能真实发生(mBio, 2022),对深海硫元素循环有重要贡献。 一次偶然机会,研究人员发现蓝光可以显著提升该菌株产生单质硫的效率,这促使他们开展了更深入的探索性工作,并最终证实了一条蓝光促进深海硫氧化细菌形成单质硫的新通路。在该通路中,LOV组氨酸激酶LOV-1477是E. flavus 21-3光硫耦合通路中的重要蓝光感受器;LOV组氨酸激酶LOV-1477接收到外界蓝光刺激后,进一步激活二鸟苷酸环化酶DGC-2902,使其释放c-di-GMP调控下游通路;c-di-GMP进一步与含PilZ蛋白结构域的mPilZ-1753结合,增强其与硫代硫酸盐脱氢酶TsdA的相互作用,而后引起硫代硫酸盐代谢能力的增强,最终导致单质硫的产量增加。该团队还发现,在该菌株的光硫耦合通路中,硫代硫酸盐在TsdA的作用下转化为连四硫酸盐后,两个功能相同、可互为替代的硫氧化蛋白SoxB(SoxB-277和SoxB-285)能进一步将连四硫酸盐水解,驱动单质硫的生成。 作为一株来自深海冷泉的非光合细菌,E. flavus 21-3的单质硫产生为何会对光作出响应?要回答这个问题,首先需要明确深海是否有光以及深海微生物是否有利用光的能力。深海被认为是一个黑暗的、由化学能支撑维系的生态系统,但越来越多的证据表明深海存在不同形式的地质光(如热液区的热辐射光)或生物发光。相应地,孙超岷团队近年来陆续发现多种深海微生物能感知或利用光能。比如,热液非光合细菌正黄胞球菌可以通过光敏色素感知红外光(Environmental Microbiology, 2021);热液非光合细菌海源杆菌能借助形成的硫化镉纳米颗粒利用光能(Environmental Microbiology, 2021);冷泉非光合细菌海绵杆菌能感知蓝光(mSystems, 2022);冷泉绿弯菌新分支在实验室和深海原位环境均能进行光合作用(mBio, 2022)。上述这些成果充分证实了“深海有光且深海微生物具有利用光的能力”。那么,深海硫氧化细菌E. flavus 21-3的光响应能力会为它的生存带来哪些优势呢? 研究人员推测,由于单质硫可以用来储存能量,光硫耦合通路的存在会让E. flavus 21-3在蓝光出现时合成更多的单质硫,用于支持后期的生长代谢。该研究揭示了一种此前鲜有关注的深海微生物中光响应及硫代谢之间的耦联,对于后续探索深海微生物介导的元素循环与特殊能量代谢之间的耦合关系提供了新思路。值得一提的是,“科学”号科考船在整个研究过程中,无论是样品采集还是深海原位实验都发挥了不可替代的作用,彰显了大科学装置在深海研究中的重要性。 中国科学院海洋所博士研究生蔡瑞宁为第一作者,研究员孙超岷为通讯作者。研究得到基金委创新群体、基金委重大计划、山东省“十四五”重大项目等联合资助,同时也得到了中国科学院海洋研究所研究员张鑫及中国科学院南海海洋研究所研究员高贝乐团队的大力支持。     相关论文:Ruining Cai, Wanying He, Jing Zhang, Rui Liu, Ziyu Yin, Xin Zhang, Chaomin Sun*. Blue light promotes zero-valent sulfur production in a deep-sea bacterium. The EMBO Journal, 2023,e112514. DOI: 10.15252/embj.2022112514.    论文链接:https://www.embopress.org/doi/full/10.15252/embj.2022112514