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（图源：demamiel62/Shutterstock.com）

南大洋碳和气候观测及建模 (SOCCOM) 项目的使命是让科学界和公众重新认识广阔的南大洋在气候变化和生物地球化学中的作用。南大洋由世界海洋最南端的水域组成，通常被认为在南纬60°以南，环绕南极洲。 南大洋内部和周围出现了一些奇特的现象， 重点包括：

• 尽管南大洋仅占地球海洋面积的30%左右，但它却约占人为碳吸收量的一半，同时占海洋人为热吸收量的大部分。
• 模型显示，南大洋的上升气流将营养物质输送到对全球海洋生态系统至关重要的低纬度表层水域。
• 不断上升的CO₂ 含量造成的海洋酸化影响，预计在南大洋最为严重，几十年内将达到生态系统临界点。

由于地处偏远，研究南大洋需要大量精密机器人组成的传感器阵列。位于普林斯顿大学，由普林斯顿环境研究所管理的SOCCOM正在部署一个由大约200个自动浮标组成的机器人观测系统。该系统将几乎不间断地监测整个南大洋的水平空间，并有垂直检测装置深入水下（图1）。

图1：SOCCOM项目中使用的自动浮标与碳系统直接相连，这是了解南大洋碳循环的关键。（图源：Maria T Hoffman/Shutterstock.com）

这些浮标及其操作需要具备四个基本特征：

• 传感器套件：SOCCOM的主要目标是更好地了解南大洋的碳循环。除了电导率、温度和深度传感器外，SOCCOM浮标还包括溶解氧、pH值和硝酸盐传感器。每个浮标至少携带这三种传感器中的两种。
  • 溶解氧传感器：溶解氧与碳息息相关。通过测量溶解氧可以估算水中的碳含量。
  • pH值传感器：pH值测量用于监测海洋酸化的变动情况，因为溶解的二氧化碳与水反应生成碳酸。
  • 硝酸盐传感器：硝酸盐是浮游植物的重要营养物质，硝酸盐丰度可以决定浮游植物生物量的极限。

传感器的输出值将转换为海水的摩尔浓度，从而实现理解长期变化和趋势所需的定量分析。多个传感器将提供冗余和数据质量的交叉检查。

部分浮标将携带生物光学传感器，用于监测叶绿素荧光、后向散射、透光性或光强度。随着新传感器的出现，核心传感器套件的定义可能会改变。尽管如此，新传感器也必须首先证明能够在大型阵列（如SOCCOM）中工作多年。此外，任何使用的传感器必须在现场进行校准，以确保数据的一致性和可靠性。

• 浮标不仅有助于判断长期的大趋势：例如，试验浮标发现大量浮游植物在远离典型营养源（比如融化的海冰）的地方大量繁殖。可能是南大洋海底的某个热液喷口提供了营养物质。短期事件也会被监测，包括飓风袭击后的氧气损失，或者冬季后期地表水骤降导致的营养物质注入地下深达1000米。
• 工作寿命：SOCCOM浮标的工作寿命必须至少为三年。
• 浮标数据：SOCCOM浮标数据必须以数字形式实时提供。

结论

SOCCOM将提供分析和改进新一代高分辨率地球系统模型所需的观测数据，以增加对南大洋当前状况的了解，从而更好地预测地球未来的气候和生物地球化学轨迹。