法国索邦大学维勒弗朗什海洋实验室（LOV）联合德国GEOMAR、巴黎高师/IPSL、留尼汪大学及美国佛罗里达州立大学的科研团队，借助法国HYDROPTIC公司的UVP6水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统（低功耗型UVP6-LP），在南大西洋Cape Basin完成17个月BGC-Argo浮标漂移观测，首次原位揭示中尺度涡旋边缘强锋面区可选择性地将特定形态海洋雪从混合层快速输运至600米中层海洋，为“锋生颗粒注入泵”机制提供了直接观测证据。成果于2025年3月发表于《Biogeosciences》。
研究背景
海洋生物碳泵（BCP）每年将约3–10 Pg颗粒有机碳输出至真光层以下；若没有它，大气CO2浓度将高出约200 ppm。其中，直径大于500 µm的海洋雪靠重力沉降构成生物重力泵（BGP），而由物理过程驱动的颗粒注入泵（PIP）——尤其是中尺度涡（10–100 km）与亚中尺度锋面（百米至十公里）引起的下沉输运——同样重要，却因过程短暂、尺度小而极难捕捉。
传统观测对此力不从心：船测难以“守”在移动涡旋的边缘锋面上，沉积物捕集器无法分辨颗粒形态与输运路径。将能在涡旋活跃区长期驻留、逐一颗粒成像的UVP6-LP搭载于BGC-Argo浮标，恰好提供了破局能力。
研究过程
2021年4月14日，研究团队在德国“太阳号”SO283航次中，于南非本格拉上升流外缘一个气旋涡内（33.10°S, 13.87°E）布放搭载UVP6-LP的BGC-Argo浮标（WMO: 6903095）。浮标随涡旋与水团漂移约1.5年，先后穿越气旋涡、反气旋涡、亚南极锋及多个涡间锋面区，2022年9月19日回收，共完成183条剖面（多数至600或1000米）。浮标同步集成温盐深、溶解氧、叶绿素荧光与后向散射传感器；卫星高度计资料经TOEddies算法追踪中尺度涡，并以5天后向FTLE（李雅普诺夫指数）诊断锋面辐合强度。
图1. 法国HYDROPTIC公司UVP6水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统
UVP6-LP对0.102–16.40 mm等效球径的颗粒与浮游动物原位成像。得益于浮标回收，全部≥500 µm图像（颗粒物占85.5%）被完整取回，经EcoTaxa平台CNN特征提取、随机森林分类与专家校验后，对碎屑形态参数做PCA与k-means聚类（k=4）划分出四种形态型，并按5米×1天分辨率重建其时空分布。
图2. 浮标17个月漂移轨迹（a，红星为三次输出事件位置）及三次事件期间的涡旋/ADT快照（b–d），事件均位于气旋涡与反气旋涡之间的锋面区（来源：Accardo et al., 2025）
实验结果
三次“颗粒柱”事件直指600米深海。 生产季（2021年10月底–2022年5月）中，UVP6观测到三次大型颗粒（MaP，0.5–16 mm）浓度异常的柱状特征：2021年10月8–23日、11月25日–12月22日、2022年3月3日–4月28日，每次持续约一个月，颗粒自表层贯穿混合层直达约600米。事件内颗粒丰度较背景期升高2–3倍（第一次超7倍），MiP有机碳含量平均增加约25%。
事件全部锁定在涡旋边缘锋面区。 三次事件无一例外发生在气旋涡与反气旋涡交界的亚中尺度强锋区，对应FTLE值高于0.45 d-1。100–1000米层MiP、MaP丰度与FTLE显著正相关（Spearman系数0.40与0.49），MiP丰度还与低表观耗氧量（AOU）显著负相关（-0.59）——颗粒与“刚离开表层的年轻水团”共存，直接指向物理性向下输运。而经典涡致下沉泵（ESP）算法仅识别出28条事件剖面、仅7条靠近观测特征且厚度不足百米，说明这是一种贯穿大半个水柱的锋生输运新机制。
图3. 大型颗粒MaP（a）与微型颗粒MiP（b）浓度的时间-深度分布，黄星为三次输出事件，红线为混合层深度，顶部蓝点为FTLE强度（来源：Accardo et al., 2025）
输出具有鲜明的形态选择性。 四种形态型中，长条形颗粒（平均粒径约820 µm，疑似Chaetoceros链状硅藻，与表层叶绿素相关达0.65）始终滞留表层、几乎不参与深层输出；深层组合则明显向“小而致密”偏移：以第三次事件为例，小型颗粒占比从表层12%升至深层23%，致密聚合体从25%升至47%。混合层如同物理屏障，只有沉降足够快的致密形态才能穿越，并被锋面垂直流进一步“压”向深海。
图4. PCA-k-means形态空间聚类（a、b）、四种形态型的UVP6代表图像（c）及三次事件期间各形态型随深度的占比变化（d）（来源：Accardo et al., 2025）
研究结论
图5. 机制示意图：①涡旋搅拌与辐合促进表层颗粒聚集；②重力泵输运快沉形态穿越混合层；③锋生机制在涡间界面诱发强垂直速度，将颗粒输运至600米（来源：Accardo et al., 2025）
该研究提出“锋生颗粒注入泵”概念：涡旋边缘锋面的辐合与搅拌促进颗粒生产聚集，重力沉降筛选出致密快沉形态，锋面强垂直速度（可达每天数十至上百米）再将颗粒从混合层快速注入中层海洋，从而加深碳输运深度、提升生物碳泵效率。鉴于此类结构在全球海洋无处不在，这一机制对全球碳收支的贡献值得重新评估。
法国HYDROPTIC公司的UVP6-LP在此次研究中展现了卓越性能：17个月无人值守漂移中稳定完成183条剖面成像，回收后完整交付全部高清颗粒图像，支撑从分类学到形态型的全链条分析。UVP6系列可搭载剖面采水架、BGC-Argo浮标、水下滑翔机、潜标等多种平台，提供UVP6-LP、UVP6-HF等型号，为海洋碳泵机制研究与长期观测提供关键技术支撑。
参考文献
Accardo, A., Laxenaire, R., Baudena, A., Speich, S., Kiko, R., and Stemmann, L.: Intense and localized export of selected marine snow types at eddy edges in the South Atlantic Ocean, Biogeosciences, 22, 1183–1205, https://doi.org/10.5194/bg-22-1183-2025, 2025.
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