异戊二烯是全球排放量最大的非甲烷挥发性有机物，在大气中具有强化学反应活性，是全球二次有机气溶胶最主要的前体物。异戊二烯排放量及其时空分布的准确估算有助于提升全球二次有机气溶胶来源和辐射效应评估的准确性。然而，现有地球系统模式中普遍仅包含陆地植被异戊二烯排放过程，缺少全球海洋源异戊二烯排放及其影响的模拟能力，导致潜在的大气成分和气候变化的模拟误差。
近日，天津大学地球系统科学学院与中国海洋大学、中国科学院大气物理研究所展开合作，发展了包含海洋浮游植物排放和海洋微表层光化学排放两类过程的全球海洋源异戊二烯排放估算模型，模拟创建并发布了2001-2020年全球海洋源异戊二烯高分辨率排放数据集，弥补了地球系统模式对海洋源异戊二烯排放过程模拟能力和全球高时空分辨率海洋源异戊二烯排放数据的缺失。
图1 全球海洋异戊二烯生物和光化学排放空间分布
创建的海洋源异戊二烯排放估算模型在以往模拟方法基础上：（1）改进了浮游植物类型的识别方法，从而优化了近岸地区浮游植物类型分布的模拟能力；（2）改进了叶绿素-异戊二烯排放的单一经验关系，建立了基于不同浮游植物类型的多经验系数排放计算参数化方案，从而提高异戊二烯排放模拟准确性；（3）基于逐小时太阳辐射和海表风场等气象数据，实现了小时分辨率海洋异戊二烯排放模拟，从而为揭示海洋源异戊二烯以及海洋源二次有机气溶胶更高时间分辨率变化特征提供基础数据；（4）海洋源异戊二烯排放估算模型中还首次包含了基于海域营养程度量化的海洋表面活性剂浓度和气象条件的海洋微表层光化学排放过程，进一步提升了全球海洋异戊二烯排放的模拟能力。该模型旨在综合运用当前的海洋源异戊二烯排放机制方案和相关参数化方法，构建一套高时空分辨率的海洋源异戊二烯排放数据集，为更加准确地量化海洋二次有机气溶胶来源和辐射效应提供数据支撑。
图2 南北半球海洋异戊二烯两类排放的季节差异
图3 全球不同海域2001-2020年海洋源异戊二烯排放变化
本工作基于海洋源异戊二烯排放估算模型模拟构建了2001-2020年全球海洋源异戊二烯排放数据集，并已以开放获取方式发布在国家青藏高原科学数据中心（https://cstr.cn/18406.11.Atmos.tpdc.300521 ）。该数据集包含海洋浮游植物排放和海洋微表层光化学排放两个变量，并提供逐小时0.25度经纬度格点和逐日1度经纬度格点两种时空分辨率选择，可作为地球系统模型的输入条件。
基于该数据集的初步研究发现，2001-2020年全球海洋异戊二烯平均年排放总量约为110万吨，其中海洋浮游植物排放约为48万吨，海洋微表层光化学排放约为62万吨。全球海洋源异戊二烯排放量最大的热带海域年排放总量呈明显下降趋势，并存在从季节内尺度到年尺度在内的多个变化周期，可能受到了海-气系统变异的有关影响。相关成果以“Enhanced dataset of global marine isoprene emission from biogenic and photochemical processes for the period 2001-2020”为题发表在地球系统科学领域高水平数据期刊《Earth System Science Data》。论文第一作者为地科院博士研究生崔乐辉，通讯作者为地科院朱佳雷教授。天津大学地科院傅平青教授和胡伟副教授，中国科学院大气物理研究所宋磊副研究员，中国海洋大学王玉珏副教授、张潮副教授参与和指导了本工作。该项目得到国家重点研发计划青年科学家项目（2022YFF0803000）的资助。
文章信息：Cui, L., Xiao, Y., Hu, W., Song, L., Wang, Y., Zhang, C., Fu, P., and Zhu, J. (2023) Enhanced dataset of global marine isoprene emissions from biogenic and photochemical processes for the period 2001–2020, Earth Syst. Sci. Data, 15, 5403–5425. (https://doi.org/10.5194/essd-15-5403-2023).
相关数据集信息：Cui, L., Zhu, J. (2023). Global marine isoprene emission data set (2001-2020). National Tibetan Plateau/Third Pole Environment Data Center. (https://cstr.cn/18406.11.Atmos.tpdc.300521).
