在全球氣候變化持續(xù)加劇的背景下，海洋碳循環(huán)作為調(diào)控大氣二氧化碳濃度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，正受到國際社會的高度關(guān)注。然而，受極夜、厚云和海水強衰減等自然條件限制，極地冬季以及海洋次表層長期以來都是傳統(tǒng)被動遙感和船基觀測難以覆蓋的關(guān)鍵區(qū)域，形成了制約全球碳收支精確評估的重要“觀測盲區(qū)”。如何突破這些限制，實現(xiàn)對關(guān)鍵過程的直接觀測，是當前海洋與氣候科學面臨的核心挑戰(zhàn)之一。

近期，在自然資源部海洋二所潘德爐院士的指導下，自然資源部第二海洋研究所衛(wèi)星海洋環(huán)境監(jiān)測預警全國重點實驗室陳鵬研究員和張思琪助理研究員、南方海洋科學與工程廣東省實驗室（廣州）張鎮(zhèn)華博士后和中國科學院南京地理與湖泊研究所施坤研究員攜手圍繞這一國際前沿科學問題，系統(tǒng)引入星載與國產(chǎn)機載激光雷達技術(shù)，針對極地冬季碳通量、生物泵過程以及次表層生態(tài)結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵問題取得了一系列突破性進展。相關(guān)研究成果于2025年相繼發(fā)表于《Science Advances》《Nature Communications》和《Communications Earth & Environment》等國際權(quán)威期刊，為認識全球海洋碳循環(huán)過程、完善氣候變化評估提供了重要科學依據(jù)。

在南大洋碳通量研究方面，團隊針對長期存在的冬季觀測缺失問題，首次融合星載激光雷達觀測與機器學習方法，實現(xiàn)了南大洋全年、尤其是極夜條件下的連續(xù)碳通量估算。研究結(jié)果顯示，南大洋高緯度海域冬季二氧化碳向大氣釋放的通量在以往研究中被系統(tǒng)性低估，低估幅度約為40%。進一步分析表明，海冰季節(jié)性變化與風場調(diào)制在冬季碳源形成中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，不同緯向帶中由海冰、風速和海-氣分壓差主導的碳通量控制機制存在顯著差異。這一發(fā)現(xiàn)表明，冬季過程并非對年平均碳收支的微小修正，而是影響南大洋碳源匯格局的重要組成部分。

在極地生物泵研究方面，研究團隊突破了傳統(tǒng)被動水色遙感在極夜和弱光條件下的技術(shù)瓶頸，利用CALIOP星載激光雷達構(gòu)建了覆蓋過去十余年的南極冬季浮游植物凈初級生產(chǎn)力數(shù)據(jù)集。研究發(fā)現(xiàn)，南極冬季浮游植物凈初級生產(chǎn)力在過去十余年中呈現(xiàn)顯著加速增長趨勢，尤其在季節(jié)性海冰區(qū)表現(xiàn)突出。這一結(jié)果表明，極地冬季并非傳統(tǒng)認知中的“生態(tài)靜默期”，冬季浮游植物活動在生物泵過程和區(qū)域碳吸收中具有不可忽視的作用，也對現(xiàn)有海洋生態(tài)與碳循環(huán)理論提出了新的認識框架。

在海洋次表層探測方面，團隊依托中國科學院上海光機所自主研制的國產(chǎn)機載藍光激光雷達系統(tǒng)，在南海成功實現(xiàn)了百米水深范圍內(nèi)的高分辨率連續(xù)探測，首次對次表層葉綠素最大值層的深度位置、厚度變化及其三維結(jié)構(gòu)進行了精細刻畫。該系統(tǒng)在探測深度和動態(tài)范圍方面較傳統(tǒng)機載激光雷達技術(shù)實現(xiàn)了顯著提升，使長期以來難以通過遙感手段直接觀測的“水下生物引擎”得以清晰呈現(xiàn)，為定量評估生物泵強度和碳輸出過程提供了全新的觀測手段。

上述三項研究成果由潘德爐院士領(lǐng)銜，自然資源部第二海洋研究所科研人員聯(lián)合國內(nèi)外多家研究機構(gòu)共同完成。研究團隊長期致力于星載與機載激光雷達海洋應(yīng)用、極地碳循環(huán)及海洋生物地球化學過程研究，在主動遙感技術(shù)與海洋科學交叉領(lǐng)域形成了系統(tǒng)性研究優(yōu)勢。相關(guān)成果不僅為全球碳收支估算和氣候模型改進提供了關(guān)鍵約束，也為我國未來海洋激光雷達星載任務(wù)和極地長期觀測體系建設(shè)奠定了重要科學基礎(chǔ)。

潘德爐，衛(wèi)星海洋遙感專家，2001年當選中國工程院院士。現(xiàn)任自然資源部第二海洋研究所衛(wèi)星海洋環(huán)境監(jiān)測預警全國重點實驗室領(lǐng)域研究員、中國海洋學會榮譽副理事長、國家海洋信息化技術(shù)專家組組長、國際海洋水色遙感專家組專家，是我國海洋遙感科學技術(shù)發(fā)展的主要開創(chuàng)人之一，并為國際海洋水色遙感科技的發(fā)展做出了重要貢獻。2002年獲國際光學工程學會遙感科學成就獎，2003年獲國家科技進步特等獎，2013年獲國家科技進步二等獎，2015年獲浙江科技重大貢獻獎，2016年獲光華工程獎，先后在國內(nèi)外發(fā)表SCI和EI收錄論文200 余篇。

陳鵬研究員，自然資源部第二海洋研究所，博士生導師。主要研究方向為衛(wèi)星海洋環(huán)境遙感，長期從事主動與被動遙感技術(shù)在海洋碳通量、浮游植物和水色要素反演中的應(yīng)用研究?，F(xiàn)任衛(wèi)星海洋環(huán)境監(jiān)測預警全國重點實驗室副主任，先后主持國家自然科學基金優(yōu)青項目、國家重點研發(fā)計劃課題等國家級項目8項，省重點基金、省重點研發(fā)計劃課題及其他項目近30項。以第一/通訊作者在NC、SA、CEE、RSE、ISPRS、TGRS、L&O等權(quán)威期刊發(fā)表SCI論文50余篇。

張思琪博士，自然資源部第二海洋研究所助理研究員，主要從事海洋碳循環(huán)與主動遙感研究，長期致力于利用衛(wèi)星激光雷達與機器學習技術(shù)研究海–氣二氧化碳交換機制，關(guān)注高緯度與熱帶海域的碳通量變化及其氣候效應(yīng)。主持國家自然科學青年科學基金項目（C類），在Science Advances、Nature Communications、Communications Earth & Environment、PNAS nexus等多個刊物發(fā)表多篇SCI論文。

張鎮(zhèn)華博士，南方海洋科學與工程廣東省實驗室（廣州）博士后。合作導師潘德爐院士，研究方向包括激光雷達方程海-氣耦合模擬、氣候變化與激光衛(wèi)星遙感監(jiān)測，主持有國家自然科學青年科學基金項目（C類）、廣東省面上項目、博士后面上項目，在Nature Communications、Science Advances、Communications Earth & Environment、Remote Sensing of Environment、ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing等期刊發(fā)表SCI論文十余篇。

施坤研究員，中國科學院南京地理與湖泊研究所。國家青年基金A類和國家青年基金B(yǎng)類獲得者，中科院青促會優(yōu)秀會員，主要從事物理湖泊學研究。主持聯(lián)合基金重點項目等國家自然科學基金5項、中國科學院科研儀器設(shè)備研制項目1項；在Nature Reviews Earth & Environment、Nature Climate Change、Nature Communications、Science Advances、Science Bulletin以及Remote Sensing of Environment等多個刊物發(fā)表SCI論文144篇；獲中國地理學會青年科技獎以及省部級自然科學一等獎3項。

• 信息來源：自然資源部海洋二所。

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