近日，我室何賢強研究員及合作者在國際海洋領(lǐng)域知名期刊《Journal of Geophysical Research: Oceans》上發(fā)表了題為“Satellite-estimation of the Global Ocean Primary Productivity via BGC-Argo Measurements”的研究論文。論文第一作者為我室與河海大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)的博士研究生張銀雪，通訊作者為我室何賢強研究員，合作者包括我室的白雁研究員、李騰副研究員、王迪峰研究員、龔芳高級工程師、朱乾坤教授級高級工程師以及河海大學(xué)的王桂芬副教授。

　　海洋浮游植物的生物量雖遠低于陸地植被，但卻貢獻了全球近50%的凈初級生產(chǎn)力（NPP），在全球碳循環(huán)中扮演著重要角色。經(jīng)過幾十年的積累，現(xiàn)場觀測資料為人類提供了全球海洋NPP分布格局的基本認知。然而，海洋初級生產(chǎn)力的現(xiàn)場觀測過程復(fù)雜且采樣效率極低，導(dǎo)致實測樣本量少且時空覆蓋度有限。自1978年世界上第一顆海洋水色衛(wèi)星傳感器發(fā)射以來，通過構(gòu)建遙感反演算法實現(xiàn)全球海洋NPP長期監(jiān)測一直是衛(wèi)星海洋水色觀測的主要目標(biāo)。但是實測數(shù)據(jù)的缺乏以及遙感只能實現(xiàn)表層觀測的局限性，導(dǎo)致現(xiàn)有海洋NPP遙感反演模型存在較高的不確定性。國際上前期開展的多次海洋初級生產(chǎn)力遙感算法比較計劃發(fā)現(xiàn)各遙感模型對全球海洋NPP年總量的估算差異可達30 Pg C，嚴(yán)重阻礙了對全球海洋NPP長時序變化特征及其影響機制的精準(zhǔn)認知。

　　生物地球化學(xué)浮標(biāo)（BGC-Argo）計劃獲得的大量水體剖面生物-光學(xué)觀測資料可望能彌補現(xiàn)場觀測樣本不足和衛(wèi)星遙感表層觀測的限制。該計劃可以觀測多種生物地球化學(xué)和光學(xué)參量，如Chl-a、bbp(700)等。理論上，BGC-Argo觀測的剖面資料可以用于估計NPP，且由于BGC-Argo是現(xiàn)場觀測手段，BGC-Argo估計獲得的NPP資料可為遙感建模提供豐富的觀測樣本。

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　　基于上述思路，本文基于BGC-Argo剖面數(shù)據(jù)和改進的Satellite_CbPM模型構(gòu)建了大樣本量的NPP近實測數(shù)據(jù)集（圖1），有效彌補了全球海洋實測NPP數(shù)據(jù)的缺乏，提高了全球海洋NPP樣本的數(shù)量和空間覆蓋度。在近實測數(shù)據(jù)集的基礎(chǔ)上，采用XGBoost機器學(xué)習(xí)方法構(gòu)建了一套高精度的海洋NPP遙感反演模型XGBoost_CbPM，可通過衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)實現(xiàn)長時序的全球海洋NPP估算（圖2）。獨立驗證表明，模型決定系數(shù)達0.87，平均絕對偏差為12.52%，表明模型具有較高的反演精度。經(jīng)BATS和HOT兩個長時序測站的驗證發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的Satellite_CbPM模型相比，XGBoost_CbPM模型在反演水柱積分NPP的量值和時間變化特征方面表現(xiàn)出更高的精度。此外，XGBoost_CbPM模型在NPP剖面的反演中也有較好的表現(xiàn)，對HOT站NPP剖面的反演R2達0.57（圖3），特別是可以較高精度的反演NPP剖面的季節(jié)變化特征?？偟膩碚f，本文利用BGC-Argo剖面數(shù)據(jù)，有效彌補了NPP現(xiàn)場觀測資料稀少的不足，提高了全球海洋NPP遙感反演精度，基于該方法反演得到的NPP產(chǎn)品將有助于進一步理解全球海洋碳循環(huán)的演變特征與機制。

　　本研究得到了國家自然科學(xué)基金項目、浙江省自然科學(xué)基金項目以及浙江省“尖兵”研發(fā)攻關(guān)計劃項目等聯(lián)合資助。

　　圖1 全球近實測初級生產(chǎn)力樣本在（a）春季、（b）夏季、（c）秋季和（d）冬季的空間分布特征。括號中的數(shù)字表示不同季節(jié)包含的樣本量。（e）近實測數(shù)據(jù)集的頻數(shù)分布直方圖

　　圖2 基于XGBoost_CbPM模型反演得到的2021年月平均海洋初級生產(chǎn)力的空間分布

　　圖3 模型反演與現(xiàn)場觀測的NPP剖面的量值比較。（a）BATS站（b）HOT站