黄海表层水体CO2研究及南大西洋湾浮标CO2分析
近海在海洋碳循环中起着相当重要的作用,然而由于其较大的时空差异性,到现在仍不能确定其相对大气CO2的源汇作用。为此,近海CO2研究在全球广泛开展,除了传统上通过船舶进行的大面调查外,浮标CO2研究愈加受到重视。本论文选取黄海及南大西洋湾浮标站为研究对象,拟对黄海CO2研究及浮标CO2的分析进行探讨,既丰富和完善了中国近海CO2研究,又为中国即将开展的近海浮标CO2研究提供借鉴。
本论文的主要结果来自于黄海9个航次的调查及在南大西洋湾浮标上收集的数据。测定的参数主要有CO2分压(pCO2)、溶解无机碳、溶解氧和叶绿素a及相关的水文气象参数。本论文拟解决以下科学问题:(1)黄海表层pC02的主要控制过程是什么?(2)黄海是大气CO2的源还是汇?(3)基于东海CO2研究提出的陆架泵假说适应于黄海吗?(4)在浮标上收集的高频率的CO2数据对揭示:pCO2的控制过程及估计海-气CO2通量有何意义?本文的主要结果和结论如下:
(1)黄海(包括南黄海和北黄海)表层pCO2分布具有明显的季节变化和空间差异。南黄海近岸区在全年基本上都是相对大气CO2过饱和,而南黄海中部在秋季和冬季是大气CO2的源区,在春季(4月和5月)是汇区。夏季南黄海的长江冲淡水(CDW)区pCO2欠饱和,但在CDW未及海域则相对大气CO2过饱和。
在北黄海,夏季pCO2整体较高,整个海域相对大气CO2过饱和,而在其它季节CO2源汇并存。秋季除了北黄海中部相对大气CO2欠饱和之外,其它区域都是过饱和。冬季pCO2在近岸相对大气CO2欠饱和,而在中部黄海暖流影响区过饱和。春季pCO2只有在北黄海中部及鲁北近岸小范围海域出现欠饱和,其它区域都是过饱和。
(2)黄海pCO2控制过程也具有明显的季节变化和空间差异。南黄海近岸高pCO2主要是由陆源输入和水体终年垂直混合造成的(包括苏北老黄河口泥沙的再悬浮等)。在南黄海中部,pCO2的控制过程因季节而异。冬季的垂直混合加之黄海暖流的入侵造成了高pCO2;春季浮游植物水华的爆发引起了水体pCO2极度不饱和;夏季CDW的出现引起的强烈生物活动抵消了温度对pCO2的增加作用,pCO2欠饱和;秋季生物作用较小、温度较高,再加之水体层化结构的逐渐消失,pCO2过饱和。但总体看来,在南黄海生物作用对pCO2的影响可能要大于温度。
北黄海pCO2的控制过程不同于南黄海。在夏季,除了鲁北和辽南近岸区域以外,pCO2主要受控于温度,鲁北近岸高pCO2可能与底层冷水涌升及黄河泥沙的再悬浮有关,辽南近岸高pCO2主要与水产养殖及河流输入有关:春季和秋季大部分区域pCO2主要受控于生物作用;冬季pCO2主要受控于温度,尽管在辽南近岸也受到生物吸收的影响。另外,北黄海pCO2还受到垂直混合(包括冬季整个水柱的混合和鲁北沿岸的黄河泥沙再悬浮等)和黄海暖流的影响。而且在北黄海大部分海域,温度对pCO2季节变化的影响大于生物作用。
(3)整个黄海是大气CO2的净源,每年将向大气释放～8.02 Tg C(1 Tg=1012g)。南黄海除了在春季是大气CO2的净汇以外,在其它季节都是大气CO2的净源。南黄海的年通量为1.99±0.39 mol C m-2yr-1。南黄海独特的地形和相关的环流不利于陆架碳向开阔大洋的输出,陆架泵过程在南黄海不存在。基于本文的研究,更新了南黄海和东海总的海-气CO2吸收通量,为-0.86 mol C m-2yr-1(而Tsunogai等(1999)的结果为-2.9 mol C m-2yr-1)。在北黄海,各个季节都是CO2的净源,尽管在秋季、冬季和春季有CO2的汇区存在。全年北黄海的CO2释放速率为0.74±0.12 mol C m-2yr-1。
(4)南大西洋湾浮标CO2数据表明:在水温相对较高的月份(4月-10月),表层海水相对大气CO2过饱和,而在相对寒冷的月份(10月-3月)呈不饱和。使用1维诊断模型定量的确定了各种物理(温度、混合和海-气交换)和生物地球化学过程(生物活动)对浮标pCO2变化的贡献,结果表明尽管pCO2的主要控制过程及各个过程的相对重要性随时间而变化,但是温度和生物作用是最重要的两个控制过程。在整个调查时间内,浮标所在海域为大气CO2的弱的净汇(-0.34 mol C m-2yr-1)。另外,发现采样频率不足也可以给通量估计造成较大的不确定性(17-20％),在近海增加采样频率对减小通量估计的不确定性至关重要。
浮标二氧化碳分析;海洋碳循环;时空差异性;不确定性;采样频率
中国海洋大学
博士
环境科学
张龙军;蔡卫君
2011
中文
P734
152
2011-10-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）