王為磊在查閱文獻。 劉子墨攝

海洋是地球最重要的碳匯聚集地。人類活動每年向大氣排放的二氧化碳總量達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，但在實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，就是用新技術摸清海洋固碳‘家底’。”廈門大學海洋與地球學院教授王為磊3月27日在接受科技日報記者采訪時說。

不久前，王為磊聯(lián)合國內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)關注。國際學術成果影響力評價數(shù)據(jù)顯示，論文發(fā)表后2個月內，受關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多家媒體報道。

用模型反推生物碳泵通量

浩瀚的海洋到底能夠儲存多少碳？

長久以來，科學界一直在努力回答這個問題。但因過程復雜且觀測數(shù)據(jù)稀缺，此前相關估算結果至少存在3倍誤差。王為磊團隊借助學科交叉方法，用計算機建模，大大降低了估算誤差，在這一領域實現(xiàn)突破。

這項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化為有機碳，并像泵一樣把有機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鍵角色，但因生產的有機物數(shù)量龐大、大小不一、分布不均，直接觀測和量化它們成為氣候科學及地球科學研究的難點。

“我們的創(chuàng)新在于用計算機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，他和團隊采用逆向思維，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。

“無論有機碳以何種方式從海洋表層遷移，它都會影響水文參數(shù)分布。因此，如果我們能夠準確建立水文參數(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)不足和計算過程中過度參數(shù)化問題，確保了模型預測的準確性。

引導學生跳出思維“盒子”

這并不是王為磊第一次在海洋研究中運用數(shù)字建模技術。早在2019年，還在從事博士后研究的他就嘗試利用逆向反演模型測算海洋不同區(qū)域的固氮速率及其調控因素。

擁有多學科背景的王為磊始終對科學研究保持著開放且包容的心態(tài)。求學期間，他逐步萌生搭建全要素耦合的生物地球化學逆模式的想法。當時，全球還沒有多少科學家開展過這類研究。

“幾十年、上百年的海洋觀測積累了豐富的科考數(shù)據(jù)，模型預測應該充分挖掘和整合這些數(shù)據(jù)，提升人類對海洋的認知水平，這樣才對得起前人的付出。”王為磊說。

2021年，王為磊加入廈門大學。此后多年，他和團隊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)常鼓勵學生打破學科壁壘，提升系統(tǒng)性思維能力。在每周一次的組會上，不同學科背景的教授和學生共同探討學術問題，表達自己的看法。

“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，他還會故意跟我們‘唱反調’，引導我們發(fā)散思考。”王為磊科研小組的一位組員對記者說。

“海洋占地球表面積的70.8%，但人類對海洋知之甚少。”王為磊說，利用好、保護好海洋資源是促進人與自然和諧共生的重要任務。在這個過程中，模型和數(shù)據(jù)處理技術是不可或缺的工具。接下來，他要培養(yǎng)更多交叉學科人才，不斷完善大尺度生物地球化學模型，加深人類對海洋認識。

（記者 符曉波）