春季黄海表面海水二氧化碳体系的分层研究
海洋是全球碳循环至关重要的纽带，它在大陆岩石圈、海底沉积物圈、生物圈和大气圈之间碳的交换、流动过程中占主导地位。研究CO<,2>在海洋中的转移和归宿，即海洋吸收、转移大气CO<,2>的能力以及CO<,2>在海洋中的循环机制等已经成为当今国际海洋科学诸多研究计划(特别是SOLAS研究)的重要内容。
海水微表层(Sea Surface Microlayer，SML)是界于海洋和大气之间的一个薄层，是海-气界面间物质交换的必由之路。它有着特殊的物理-化学-生物性质，对海洋生物地球化学循环、物质的海-气界面通量、乃至气候等等都有着直接而重要的影响。因此本文将“海水微表层”引入中国陆架边缘海域海-气界面CO<,2>循环的研究之中，同时将重点放在表面海水二氧化碳体系DIC、Alk、pH和pCO<,2>四个参量的多层(包括海水微表层SML、海水次表层SSL和海水表层SL)研究上。我们试图通过对表面海水(特别是微表层)的研究，对中国黄海表面海水CO<,2>体系的海洋化学和海水“微表层泵”理论做进一步的完善和补充。
本文主要进行了以下几方面的工作：(1)将“海水微表层泵(SML pump)”这一新的全球碳循环理论模型引入到海-气界面CO<,2>循环的研究中，并对中国SOLAS计划2006年4月份黄海航次调查所得表面海水CO<,2>体系中DIC、Alk、pH、pCO<,2>四个参量的多层分布规律作了系统地研究；(2)将2006年4月份黄海航次所得结果与2005年3月份和5月份黄海两个航次的结果进行了比较，希望可以在较大的时间尺度上发现它们的变化规律。
本文的主要研究结果如下：
1．黄海表面海水DIC、Alk、pH和pCO<,2>的水平分布规律DIC、Alk的海域水平分布规律均是由近岸向外海逐渐降低。这可能是由于近岸大量的陆源物质的输入、近岸海水与大洋水间的物质交换能力弱以及“青岛冷水团”等因素的影响，从而导致近岸DIC和Alk的浓度高于外海。DIC与Alk二者之间具有很好的正相关性。pH的水平分布是由近岸向外海逐渐降低，而pCO<,2>的水平分布规律与pH相反。在A2站位和A1站位附近出现了pH的低值区，相应的出现了pCO<,2>的高值区，这可能是由于酸雨和黄海暖流的影响。在G11站位附近有一个pH的高值区，相对应的有一个pCO<,2>的低值区，本文认为这主要是生物活动的影响。pH与pCO<,2>二者之间具有很好的负相关性。
2．黄海表面海水DIC、Alk、pH和pCO<,2>的垂直分布规律黄海春季(4月份)DIC和Alk浓度在海水微表层(SML)、海水次表层(SSL)和海水表层(SL)中的垂直分布规律为：DIC<,SML>>DlC<,SSL>>DIC<,SL>，Alk<,SML>>Alk<,SSL>>Alk<,SL>在微表层中呈明显的富集状态，其富集倍数EF(enrichmentfactor，EF=DIC<,(SML)>/DIC<,(SSL)>)皆大于1。DIC和Alk在从SML→SSL→SL的变化中，不是一般的线性减小，而是“非线性”的，这主要是由于海水微表层具有多层的结构特征模型和海水微表层中Gibbs吸附的异常共同作用所引起的。pH和pCO<,2>在SML、SSL和SL中的分布规律分别为：pH<,SML><pH<,SSL><pH<,SL>和pCO<,2> <,SML>>pCO<,2> <,SSL>>pCO<,2> <,SL>。pH和pCO<,2>在表面海水中的垂直变化规律是相反的，这也可以证明pH与pCO<,2>的呈负相关性。还可以看出pCO<,2>的数值小于370μatm，故此本文所研究的春季4月份黄海表现为大气CO<,2>的“汇”，同时可以发现pH曲线的扭转方向为向“左”扭转，即向pH数值减小的方向扭转。
3．黄海表面海水DIC、Alk、pH和pCO<,2>的时间分布规律
(1)周日变化：中国黄海春季(4月份)连续站的DIC和Alk周日变化分布趋势一致，其浓度在SML、SSL和SL中存在着明显的分层现象，在SML中的浓度最大；并且在SML、SSL和SL中的变化趋势是一致的，具有多层分布趋势相同的特点。DIC和Alk的最大和最小值分别出现在02∶00～03∶00和14∶00～15∶00范围内，呈“单峰”分布。pH出现最小值和最小值的时间分别为02∶00～03∶00和14∶00～15∶00时间范围内；而pCO<,2>则与之相反，二者均呈“单峰”分布。
(2)年度变化：在黄海春季表面海水的SML，SSL，和SL这三层中，DIC和Alk浓度由高到低为3月份、4月份、5月份：pCO<,2>数值高到低为3月份、4月份、5月份：pH则与pCO<,2>相反。
4．黄海表面海水DIC、Alk、pH和pCO<,2>与其它参量间的分布规律
(1)温度和盐度：DIC、Alk与温度均呈现出比较明显的负相关性，同时，DIC随温度的变化要比．Alk随温度的变化更加明显。DIC、Alk与盐度呈负相关性，pH与温度略呈负相关性，而pCO<,2>则与温度呈正相关性。pH与盐度呈负相关性，而pCO<,2>与盐度呈正相关性，本文认为这主要是由于黄海暖流的影响。
(2)经纬度：DIC、Alk均与经度呈比较明显的负相关性。DIC、Alk与纬度并没有明显的相关性。pH与经度略微呈现负相关性，而pCO<,2>与经度略微呈现正相关性，pCO<,2>与经度略现正相关性的原因，本文认为主要是离岸远近及温度的影响。pH与纬度呈现明显的正相关性；而pCO<,2>与纬度呈现明显的负相关性，表现出“高纬度低pCO<,2>”的分布规律，本文认为主要是由于温度的影响。
(3)计算值与测量值：DIC、．Alk和pH的计算值与测量值之间具有很好的相关性。pCO<,2>的三个计算值之间也具有很好的相关性。
二氧化碳通量的研究本文用四种计算碳通量方法(Liss & Merlivat方法、Peng&Takahashi方法、Tans方法、Wanninkhof方法)并采用微表层pCO<,2>数据计算碳通量(F<,co2>)，结果为-4.703mol·m<'-2>·a<'-1>，如果以tC计为-5.36×10<'6>tc。
结合2005、2006两年的碳通量平均值计算而得出的碳通量数值为-5.639mol·m<'<-2>·a<'-1>以tC计为-6.43×10<'6> tC。
微表层;黄海海水;二氧化碳体系;碳通量
中国海洋大学
硕士
海洋化学
张正斌;杨桂朋
2007
中文
P722.5;P734.4
155
2007-08-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）