王为磊在查阅文献。 刘子墨摄
海洋是地球最重要的碳汇聚集地。人类活动每年向大气排放的二氧化碳总量达55亿吨，其中约20亿吨被海洋吸收，陆地生态系统仅吸收7亿吨左右。
“海洋具有固碳潜力已成共识，但在实施任何形式的增汇之前，必须搞清海洋固碳能力。我们的研究，就是用新技术摸清海洋固碳‘家底’。”厦门大学海洋与地球学院教授王为磊3月27日在接受科技日报记者采访时说。
不久前，王为磊联合国内外研究人员利用逆模型，首次描绘出海洋生物碳泵分布格局图，为海洋碳汇估算提供了新方法和新视角。
这一成果在《自然》杂志发表后引发关注。国际学术成果影响力评价数据显示，论文发表后2个月内，受关注度排名位列全球所有同期发表论文的前1%，研究成果被全球30多家媒体报道。
用模型反推生物碳泵通量
浩瀚的海洋到底能够储存多少碳？
长久以来，科学界一直在努力回答这个问题。但因过程复杂且观测数据稀缺，此前相关估算结果至少存在3倍误差。王为磊团队借助学科交叉方法，用计算机建模，大大降低了估算误差，在这一领域实现突破。
这项研究的主角是海洋生物碳泵。
“它们就像陆地上丰富多样的植被一样，是海洋固碳的主力军。”王为磊介绍，浮游生物是海洋生物碳泵的主要组成部分。海洋中数量庞大、形态各异的浮游生物通过光合作用把二氧化碳转化为有机碳，并像泵一样把有机碳源源不断地向海底输送，使其与空气隔离。
虽然浮游生物扮演着关键角色，但因生产的有机物数量庞大、大小不一、分布不均，直接观测和量化它们成为气候科学及地球科学研究的难点。
“我们的创新在于用计算机模拟方法估算出了海洋固碳能力。”王为磊介绍，在建模过程中，他和团队采用逆向思维，并不直接建立海洋生物碳泵固碳的具体模型，而是从水文参数分布出发，通过整合海洋碳、磷和氧元素的循环数据，建立反演模型。
“无论有机碳以何种方式从海洋表层迁移，它都会影响水文参数分布。因此，如果我们能够准确建立水文参数变化模型，就可以反推海洋生物碳泵的通量。”王为磊说，反演模型巧妙地规避了数据不足和计算过程中过度参数化问题，确保了模型预测的准确性。
引导学生跳出思维“盒子”
这并不是王为磊第一次在海洋研究中运用数字建模技术。早在2019年，还在从事博士后研究的他就尝试利用逆向反演模型测算海洋不同区域的固氮速率及其调控因素。
拥有多学科背景的王为磊始终对科学研究保持着开放且包容的心态。求学期间，他逐步萌生搭建全要素耦合的生物地球化学逆模式的想法。当时，全球还没有多少科学家开展过这类研究。
“几十年、上百年的海洋观测积累了丰富的科考数据，模型预测应该充分挖掘和整合这些数据，提升人类对海洋的认知水平，这样才对得起前人的付出。”王为磊说。
2021年，王为磊加入厦门大学。此后多年，他和团队成员不断完善自主研发的逆向反演模型。
此外，王为磊经常鼓励学生打破学科壁垒，提升系统性思维能力。在每周一次的组会上，不同学科背景的教授和学生共同探讨学术问题，表达自己的看法。
“王老师常说，必须跳出思维‘盒子’，不要用固有思维看问题。有时，他还会故意跟我们‘唱反调’，引导我们发散思考。”王为磊科研小组的一位组员对记者说。
“海洋占地球表面积的70.8%，但人类对海洋知之甚少。”王为磊说，利用好、保护好海洋资源是促进人与自然和谐共生的重要任务。在这个过程中，模型和数据处理技术是不可或缺的工具。接下来，他要培养更多交叉学科人才，不断完善大尺度生物地球化学模型，加深人类对海洋认识。
（记者 符晓波）