Machine Learning Estimates of Global Marine Nitrogen Fixation

环境科学 固氮 大气科学 光合有效辐射 氮气 固碳 光合作用 化学 生物 地质学 植物 有机化学
作者
Weiyi Tang,Zuchuan Li,Nicolas Cassar
出处
期刊:Journal Of Geophysical Research: Biogeosciences [Wiley]
卷期号:124 (3): 717-730 被引量:101
标识
DOI:10.1029/2018jg004828
摘要

Abstract Marine nitrogen (N 2 ) fixation supplies “new” nitrogen to the global ocean, supporting uptake and sequestration of carbon. Despite its central role, marine N 2 fixation and its controlling factors remain elusive. In this study, we compile over 1,100 published observations to identify the dominant predictors of marine N 2 fixation and derive global estimates based on the machine learning algorithms of random forest and support vector regression. We find that no single environmental property predicts N 2 fixation at global scales. Our random forest and support vector regression algorithms, trained with sampling coordinates and month, solar radiation, wind speed, sea surface temperature, sea surface salinity, surface nitrate, surface phosphate, surface excess phosphorus, minimum oxygen in upper 500 m, photosynthetically available radiation, mixed layer depth, averaged photosynthetically available radiation in the mixed layer, and chlorophyll‐ a concentration, estimate global marine N 2 fixation ranging from 68 to 90 Tg N/year. Comparison of our machine learning estimates and 11 other model outputs currently available in literature shows substantial discrepancies in the global magnitude and spatial distribution of marine N 2 fixation, especially in the tropics and in high latitudes. The large uncertainties in marine N 2 fixation highlighted in our study argue for increased and more coordinated efforts using geochemical tracers, modeling, and observations over broad ocean regions.
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