北极海域是大气CO2的重要碳汇，然而在全球气候变化背景下，北极海-气CO2通量未来演变趋势仍不清晰。我所联合中国海洋大学、德国阿尔弗雷德·韦格纳研究所以及华东师范大学等单位，研究发现未来北极海域对CO2的吸收将呈现先升后降的非单调变化趋势，且CO2强汇区表现出明显的向极迁移特征。该研究为深入理解北极在全球气候系统中的作用提供了重要的科学依据。

图1. CMIP6地球系统模式模拟的1850—2100年北极不同海域海-气CO2通量时间序列。正值表示海洋吸收CO2。图（a）子图中蓝色海域为北欧海（NS），紫色海域为巴伦支海（BS），橙色海域为极区海（PS），红色框内的海域为北冰洋（AO）。

 本研究在对第六次耦合模式比较计划（CMIP6）的多个地球系统模式评估的基础上，围绕气候变暖背景下北极海-气CO2通量的变化趋势展开分析。通过与观测资料对比，表明CMIP6多模式平均能够较好地模拟北极海-气CO2通量的空间分布特征。CMIP6模式预测显示，在21世纪低、中、高（SSP1-2.6、SSP2-4.5、SSP5-8.5）三种不同排放情景下，北极海-气CO2通量均呈现先上升后逐渐下降的非单调变化趋势。同时，CO2强汇区也将出现明显的向极迁移，例如北冰洋海-气CO2通量将超过北欧海（图 1）。

进一步量化不同过程对北极海-气CO2通量变化的相对贡献表明：海冰减少和海-气二氧化碳分压差（ΔpCO2）的变化是决定21世纪北极海-气CO2通量变化的两大主导因素（图 2和图 3）。在高海冰密集度海域，海冰减少的贡献占主导；而在低海冰密集度海域或者开阔海域，ΔpCO2变化的贡献占主导。在CO2排放持续增加的背景下，海冰减少是北极海-气CO2通量增加的主要驱动因素（图 2），而海水变暖使表层海水二氧化碳分压升高，进而导致海气ΔpCO2减小，则是本世纪后半叶北极海-气CO2通量下降的主要原因（图 3）。在气候变暖的背景下，随着海冰的退缩，这两个因素发挥主导作用的海域与时段也随之改变，导致北极海-气CO2通量在不同海域和不同季节呈现出不同的演变特征，最终使得北极海-气CO2强汇区向极地移动。

图2. SSP5-8.5排放情景下，北极冬季不同时期海-气CO2通量的线性变化趋势及各因素的贡献。

图3. SSP5-8.5排放情景下，北极夏季不同时期海-气CO2通量的线性变化趋势及各因素的贡献。

 相关研究成果以“Poleward Shift of Arctic Oceanic CO2 Uptake From Asymmetric Seasonal Changes Under Climate Warming”为题，发表在国际知名学术期刊《Earth's Future》，论文第一作者为我所与中国海洋大学联合培养博士研究生潘蓉蓉，我所舒启研究员为通讯作者。该研究获得了国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目资助。

 论文链接https://doi.org/10.1029/2025EF007550