二甲基硫（DMS）是最重要的海洋挥发性生源硫化物，也是大气硫化物的主要来源。DMS 作为气溶胶的主要前体物，有利于促进云的形成，从而阻挡来自太阳的辐射，降低地球表面温度，因此其又称为“反温室气体”。 最近发布的政府间气候变化专门委员会（IPCC）第六次评估报告（AR6）中明确指出目前地球系统模式中对于 DMS 生成机制的不确定性较大，以及对过去 DMS 历史变化规律的了解不够等原因，在未来气候预估中并没有考虑 DMS 排放变化带来的影响。

       为此，我系毕业的赵俊日博士（第一作者）和张艳教授（通讯作者）基于全球范围内多年观测数据，构建了表层海水中 pCO₂（二氧化碳分压，海洋中溶解二氧化碳浓度的指标） 和 DMS 浓度响应模型，并结合第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）中多个地球系统模式气候预测数据和在线耦合微物理学模块的大气化学传输模式（GEOS-Chem-TOMAS），研究未来人为源 CO₂ 排放驱动下的全球海洋生态系统变化对DMS排放以及其导致的辐射强迫的影响。

       研究发现全球海洋表层 pCO₂ 与 DMS 浓度之间存在较强的负相关（图1(a)），而 CMIP6 的地球系统模式并没有成功捕捉到这一响应关系，由于目前地球系统模式中的参数化方案（pCO₂ 对 DMS 排放的约束）的不确定性，其可能不足以准确表征 pCO₂ 对 DMS 排放的约束（图1(b)）。未来预测结果表明（SSP5-8.5情景），本世纪末全球海洋表层 DMS 浓度（PROJ）相比历史期间（BASE）下降了15.1%（7.0-26.3%）（图2）），而 DMS 排放引起的全球平均直接辐射强迫（DRF）和第一间接辐射强迫(cloud-albedo IRF)的冷却效应分别减少了16.4%和12.1%（图3），其相当于 IPCC 的 AR6 报告中未来（SSP5-8.5情景）全球总气溶胶辐射强迫的约9.5-11.1%。

       过去十年中全球人为源硫化物排放量呈明显的下降趋势，因此自然源排放 DMS 对未来全球，区域大气硫循环中起着越来越重要的作用。该研究结果表明，未来人为源 CO₂ 排放带来的海洋生态系统变化（海洋酸化），会显著影响“DMS 的生产能力（capacity）”，从而减少 DMS 排放以及其导致的辐射强迫冷却效应。因此，在预测未来气候变化时，有必要考虑 DMS 变化的带来的潜在气候影响。

       该结果刊登于 npj 集团下属系列期刊npj Climate and Atmospheric Science （2023年影响因子9.0）。本研究第一单位为复旦大学环境科学与工程系，合作单位还包括美国科罗拉多大学和美国PSE健康能源所等。本研究得到国家自然科学基金面上项目、 上海市科委项目和国家重点研发项目联合资助。

       论文信息：Zhao, J., Zhang, Y., Bie, S. et al. Changes in global DMS production driven by increased CO2 levels and its impact on radiative forcing. npj Clim Atmos Sci 7, 18 (2024). https://doi.org/10.1038/s41612-024-00563-y

       论文链接：https://www.nature.com/articles/s41612-024-00563-y.pdf

图1. ESMs中pCO2和DMS的响应关系。（a）表层海水中pCO2和DMS对比散点图，（b）CMIP6地球系统模式预测的海洋pCO2和DMS（左y轴）以及pCO2和和海洋净初级生产力（右y轴）对比。

图2. 全球表层海水中DMS浓度在历史期间（Historical）、CMIP6模式预测结果（BASE）和本研究预测（PROJ）结果中的差异

图3. 2099年大气DMS浓度和DMS 排放导致的直接辐射强迫和第一间接辐射强迫空间分布

供稿：张艳课题组

编辑：李博海

审核：张立武