近日，一项发表于《Global Biogeochemical Cycles》的研究利用搭载双套Pro-Oceanus CO2-ProCV传感器的Wave Glider，在加拿大斯科舍大陆架成功捕捉到近表层海水pCO₂的垂直梯度与日变化规律，为高精度海洋碳通量估算提供了全新数据支持。
上图为2022 年春季加拿大东部海岸斯科蒂亚大陆架浮游植物大量繁殖期间“波浪滑翔机”任务的地理概览和轨迹。
该任务路径分为三个部分：高生产力区、低生产力区和近岸上升流区。此次任务持续 27 天，期间定期对 pH 值、二氧化碳分压、温度、电导率和深度进行系统采样，为这一时期沿海碳动态提供了见解。底层图是 2022 年 4 月 6 日的叶绿素 -a 卫星图像（https://view.eumetsat.int），等高线表示水深（单位：米）。
上图为Wave Glider双传感器部署示意图
（A）作为移动传感器平台设置的 Liquid Robotics 波浪滑翔机的渲染图。浮体和潜体由 4 米长的系绳连接。
（B）浮体包含一个传感器负载，其中包括一个 pH 传感器（PyroScience）、一个二氧化碳分压传感器（Pro-Oceanus）和一个总溶解气体压力（TDGP）传感器（Pro-Oceanus）。浮体本身配备了带溶解氧的 CTD（GPCTD-DO）（Sea-Bird），以及测量风速、波高和大气压的气象站。
（C）潜体部分配备了第二个二氧化碳分压传感器（Pro-Oceanus）、TDGP 和滑翔机负载 CTD（GPCTD）（Sea-Bird）
小结1
▍ 高精度传感器：稳定可靠，数据可信
本研究采用的CO2-ProCV传感器，具备优异的长期稳定性。在为期27天的连续观测中，传感器表现出极低漂移（<1.5 ppm），并每6小时自动进行零点校准，确保数据真实可靠。其采用非分散红外吸收技术，结合温控光学气室，有效避免冷凝干扰，适用于复杂海况下的长期监测。
▍ 双深度同步观测：揭示传统方法误差
研究团队在Wave Glider的“浮标”（表层）与“潜水器”（4米深度）同步安装传感器，首次实现双深度pCO₂同步实时监测。结果显示，传统走航式测量系统因采样深度较大，系统性地低估表层pCO₂ 1–10 µatm，导致碳通量估算误差高达7%。
上图为波浪滑翔机任务期间收集的原始数据的时间序列展示。虚线红框表示区域转换的时间点。时间序列图底部箭头的颜色表示数据所属的区域。
(A) 利用两个 Pro-CV pCO2 传感器从水面和水下浮标获取的 pCO2 测量值，以及使用 PyroScience pH 传感器从水面浮标获取的 pH 值。pCO2 数据中的空白是由于传感器在部署期间或远程关闭时进行零点校准所致。浅灰色数据集表示根据测量的 pH 值和其他状态变量计算得出的 pCO2 值。
(B) 任务期间使用 Sea-Bird Scientific CTD 采集的盐度和温度数据。
(C) 附近配备 SUNA 硝酸盐传感器的 Slocum 滑翔机获取的近表面硝酸盐数据，以及每个区域的平均卫星衍生叶绿素 a 浓度。
(D) 温度 - 盐度图，按测量区域进行颜色编码。
(e) 带有颜色编码区域的任务路径。
小结2
▍ 日变化信号捕捉：展现生物活动影响
数据清晰显示出日间pCO₂异常峰值，尤其在春季藻华期间，日变化幅度超过50 µatm。这一现象与生物活动、光合 呼吸周期密切相关，传统低频观测难以捕捉此类高频信号，进一步凸显高分辨率连续监测的重要性。
上图为（A - C）三个不同区域的每日二氧化碳浓度变化叠加图。(D - F）三个区域的每日平均温度以及二氧化碳的非热成分。
每条浅紫色线条代表在 24 小时内表层（“浮游”）测量的二氧化碳浓度值与底层（“下层”）值之间的差值（ΔpCO2 = 浮游二氧化碳浓度值 - 下层二氧化碳浓度值）。每条线周围的较浅阴影部分表示由于传感器精度导致的不确定性。每个区域中的深紫色线条是所有每日周期的平均值，阴影区域再次表示不确定性。
小结3
▍ 温度校正再评估：推动通量模型优化
研究还发现，常用的Takahashi温度校正系数（0.0423°C⁻¹）在生物活跃区域适用性有限。通过双传感器数据对比，团队提出需结合区域性生物与物理过程进行校正，为全球碳通量模型的优化提供了实验依据。
上图为在三个区域进行的 pCO2 测量的温度依赖性曲线。每个区域的数据都进行了分组，并在观测到的最低温度和最高温度之间平均划分成 100 个等距区间。
将分组的 pCO2 值的对数值与分组的温度值进行绘制，并应用线性回归分析。所有在与相应 pCO2 测量值相同的深度处进行了温度测量。蓝色圆形数据点来自浮标 pCO2 数据集，红色菱形数据点来自海底 pCO2 数据集。绿色正方形数据点代表在高生产力区域应用了生物修正后的浮标数据集。
（A）在未应用硝酸盐衍生生物修正之前，高生产力区域的温度依赖曲线。浮标数据集的斜率均为负值，拟合质量中等，而海底数据集的拟合质量较差。
（B）应用硝酸盐衍生生物修正后的浮标数据集的温度依赖曲线。现在的斜率为正，拟合质量与之前类似。
（C）低生产力区域的温度依赖曲线。
（D）近岸上升流区域的温度依赖曲线。
结语：迈向更高精度的海洋碳监测
本研究不仅验证了Pro-Oceanus传感器在高动态海洋环境中的稳定性和可靠性，也为未来构建更高时空分辨率的海洋碳监测网络提供了设备与方法支持。搭载该类传感器的自主观测平台，将成为提升全球碳通量估算精度的关键技术力量。
Pro-Oceanus CO2-ProCV传感器特写
相关论文：Morgan et al. (2025). Wave glider-based measurements and corrections of near-surface pCO₂ gradients in the coastal ocean. Global Biogeochemical Cycles.
设备支持：Pro-Oceanus CO2-ProCV pCO₂传感器；TDGP传感器 | Sea-Bird CTD | PyroScience pH传感器
