春、秋季台湾海峡海-气CO2通量及其影响因素

于2014年的5月(春季)和9月(秋季)在台湾海峡及其邻近南海和东海海域,采用水气平衡法进行了2个航次的海表和大气pCO_2连续走航观测,同时获取了海表温度、海表盐度、风速及气压等数据,并采用海-气CO_2分压差减法估算了海-气CO_2通量.结果显示,春、秋2个航次平均海表pCO_2分别为387±16μatm和408±18μatm.温度是影响台湾海峡及其邻近海域海表pCO_2的主控因子,水团混合和其他因素等也对海表pCO_2有一定影响.2014年春、秋季节,对研究区域的海-气CO_2释放通量的估算结果分别为0.11±1.60 mmol/(m2·d)和2.51±1.10 mmol/(m2·d).台湾海峡海表pCO_2既存在显著的季节变化,又存在较大的空间差异.     

南海西部秋季海表p_(CO_2)分布与海-气CO_2通量

文章综合分析了南海西部2012年秋季海表二氧化碳分压(p_(CO_2))分布及控制因素,估算并讨论了海-气CO_2通量及其区域性差异。结果表明,秋季南海西部海表p_(CO_2)变化范围为37.8~57.1Pa,均高于大气p_(CO_2),表现为大气CO_2的源。研究海域海表p_(CO_2)分布主要受海水碳酸盐热力学的影响,海表温度(SST)是影响海表p_(CO_2)分布的主要因素。但在局部海域,海表p_(CO_2)分布还受到其他因素的控制。其中,越南东部局部海域表层海水受湄公河冲淡水的影响呈低盐特征,高p_(CO_2)的冲淡水团和离岸水团的混合作用直接影响该海域海表p_(CO_2)分布。此外,珊瑚礁的钙化活动造成南沙群岛弹丸礁西部海域出现表层p_(CO_2)极高值。秋季南海西部表层海水CO_2释放速率的分布格局主要受风速的控制。北部海域海-气CO_2分压差(Δp_(CO_2))低于中南部海盆,但其海表风速远高于中南部海盆,造成北部海域表层海水CO_2释放速率(2.9mmol C·m~(-2)·d~(-1))明显高于中南部海盆(0.9mmol C·m~(-2)·d~(-1))。海-气CO_2通量估算中不能忽视局部海域珊瑚礁代谢作用的影响。     

南海东北部春季海表pCO_2分布及海-气CO_2通量

2013年南海东北部春季共享航次采用走航观测方式,现场测定了表层海水和大气的二氧化碳分压(pCO2)及相应参数。结合水文、化学等同步观测要素资料,对该海域pCO2的分布变化进行了探讨。结果表明,陆架区受珠江冲淡水、沿岸上升流及生物活动的影响,呈现CO2的强汇特征;吕宋海峡附近及吕宋岛西北附近海域受海表高温、黑潮分支"西伸"、吕宋岛西北海域上升流等因素影响,呈现强源特征。根据Wanninkhof的通量模式,春季整个南海东北部海域共向大气释放约4.25×104 t碳。     

基于航次观测和再分析资料的南海海表二氧化碳分压反演及变化机制分析*

海表二氧化碳分压(pCO₂)是指海洋表层水和大气之间的二氧化碳(CO₂)交换处于动态平衡时CO₂的含量, 是描述海-气CO₂交换的一个主要因子。本文利用2008—2014年覆盖南海大部分海域的海表pCO₂观测资料, 结合现场海表温度和海表盐度以及卫星观测的叶绿素a数据, 构建了基于多元线性回归方法的分区域反演模型。模型在水深浅于30m的区域均方根误差为5.3μatm, 其余海区均方根误差为10.8μatm, 与前人基于个别航次的有限区域反演结果的均方根误差相当。利用该模型公式和HYbrid Coordinate Ocean Model(HYCOM)再分析海表温、盐数据及MODIS-Aqua卫星观测的叶绿素a数据进行反演, 得到了时空分辨率为5'×5'的2004—2016年的逐月南海海表pCO₂数据。该数据能较好地反映南海海表pCO₂在海表温度影响下, 春夏高、秋冬低的季节变化特征, 与前人基于航次观测的研究结果相似, 表明反演模型具有较高的可信度。进一步分析发现, 南海及邻近海域平均海表pCO₂具有显著的准十年振荡特征: 2012年附近出现了极小值, 之前表现为降低的趋势, 之后略有升高的趋势。受海表pCO₂的影响, 南海海盆平均海-气CO₂通量在2012年之前出现了显著降低的趋势, 表明南海释放到大气中的CO₂减少, 并在2007年之后的冬季出现了负值(从碳源变为碳汇), 2012年之后变化较为平缓。热带太平洋年代际振荡引起的南海区域海表盐度变化是造成海表pCO₂及海-气CO₂通量准十年变化的主要原因。分区分析的结果表明, 南海北部海表pCO₂变化最为显著, 在南海海表pCO₂的季节和准十年变化中都起到非常重要的作用。     

南海北部深水海域温度以及盐度的季节及年际变化特征

利用SODA(Simple Ocean Data Assimilation)再分析资料,分析了南海北部深水海域温度及盐度的季节和年际变化特征,讨论了季节及年际变化时间尺度上黑潮通过吕宋海峡对南海北部温、盐场的影响.资料分析表明:南海北部深水海域温、盐场存在明显的季节及年际变化特征.在气候平均态下,吕宋海峡处黑潮对南海北部温、盐场的影响主要存在于119°E以东;黑潮对南海的入侵程度在冬季最大,可影响到118°E附近;在秋季最小.吕宋海峡以西的温度水平梯度在秋季最弱,而盐度水平梯度则在夏季最弱.在吕宋海峡处黑潮形变的南侧,温、盐场年际变化信号最强.通过EOF(Empirical Othorgnal Function)分析,发现南海北部深水海域盐度和温度场第一模态的最大变率均分布在吕宋海峡处黑潮形变的南部,且均具有2～5 a的年际变化周期.另外,在年际变化时间尺度上,南海北部深水海域盐度场受黑潮形变的影响较大,在黑潮流量大的年份吕宋海峡处盐度值较低,在黑潮流量小的年份吕宋海峡处盐度值较高,而温度场则和Nino3.4指数呈明显的负相关变化.     

胶州湾秋季表层海水pCO_2分布及水-气界面通量

根据2007年11月31日在胶州湾走航连续观测所得pCO2数据,结合水文、化学和生物等要素的同步观测资料,对胶州湾海域pCO2分布及其影响因素进行了探讨。结果表明:秋季胶州湾表层海水pCO2实测值在315~720μatm之间,平均值为423μatm。东部海域由于有机物降解及李村河水输入的影响表现为大气CO2的源;西部海域由于浮游植物活动的影响为大气CO2的弱汇区;湾中部水交换较好的海域,浮游植物活动和有机物降解共同影响着pCO2的分布。总体来说,秋季胶州湾表现为大气CO2的弱源,海-气界面CO2交换速率在-5.94~23.15 mmol.m-2.d-1之间,平均值为2.87 mmol.m-2.d-1,由此可估算出秋季胶州湾可向大气释放940.74 tC。     

北黄海夏季pCO2分布及海-气CO2通量

基于在2006年夏季北黄海收集的的高分辨率的表层CO2分压(pCO2)数据,结合水文和生物地球化学同步观测参数,探讨了夏季北黄海pCO2空间分布的控制因素。结果表明,夏季北黄海与大多数中低纬度陆架海类似,由于水温较高,表层pCO2较高(平均值为(463±41)μatm),整个海域相对大气CO2过饱和。表层pCO2分布具有明显的区域差异,辽南和鲁北近岸海域pCO2明显高于中部区域,辽南近岸的高pCO2主要与河流输入和水产养殖引起的生物好氧呼吸有关,而鲁北沿岸的高pCO2主要与烟台近岸的底层冷水涌升及由混合引起的高碳酸盐含量的黄河泥沙的再悬浮有关;在海区中部大部分水域,pCO2与温度之间有较好的相关性,说明温度是这一区域pCO2分布较为重要的控制因子。另外,采用Wannikhof的海-气气体交换系数估计了北黄海夏季海-气CO2通量,结果表明整个北黄海是大气CO2的源,平均释放速率为(4.00±0.57)mmol.m-2.d-1,高于南黄海夏季海-气CO2通量。     

2011年3月胶州湾表层海水pCO2及海-气界面通量

依据2011年3月4日对胶州湾走航连续实测所得pCO2数据,结合水文、化学和生物等要素的同步实测资料,对胶州湾海域pCO2分布及其影响因素进行了初步探讨,并估算了3月海-气CO2通量。结果表明:3月胶州湾表层海水pCO2实测值在191～332μatm之间,平均值为278μatm,海-气CO2通量在-22.76～-7.13mmol·m-2·d-1,平均值为-14.2mmol·m-2·d-1,这一时期胶州湾从大气吸收约1.59×103t C,表现为大气CO2的强汇。生物活动是影响这一时期表层海水pCO2分布的主要原因。     

ENSO背景下南海海表温度异常的跷跷板模态

基于多种海洋气象数据,对南海海表温度距平在ENSO背景下的年际变化特征进行了分析。发现南海海表温度距平具有明显的东北-西南反向变化的跷跷板模态:在厄尔尼诺年,南海西南部以越南南部沿岸为中心有明显的升温现象,东北部特别是吕宋海峡附近有明显的降温现象,拉尼娜年份相反。分析南海海表面的净热通量收支,发现除北部较浅的沿岸海外,其对海表温度升高起抑制作用。研究显示,南海海表温度异常的跷跷板模态主要与海洋动力结构变化相关。在厄尔尼诺年,南海西南部正的风应力旋度减弱,Ekman抽吸减弱,冷水上涌减少,导致温度升高;而东北部,则可能是由于低温的吕宋贯通流增强导致的温度降低。     

混合坐标模式HYCOM模拟COADS强迫下的南海平均环流

采用混合坐标模式(HYCOM)模拟南海环流,同时利用海表温度卫星资料和吕宋海峡Sb-ADCP观测海流数据来评估模式结果.地形敏感性实验表明,吕宋海峡地形数据对模拟黑潮入侵方式影响较大,在地形误差较大的情况下,模拟的黑潮可能以反气旋流套方式入侵.和Pathfinder海表温度卫星资料比较,模式输出的月平均温度在海盆区域误差较小.ERA-15资料强迫所模拟的吕宋海峡上层环流和Sb-ADCP观测一致,而COADS结果低估了吕宋海峡的体积输送.     

东海2012年夏季海-气界面碳交换及其区域碳汇强度变化趋势初探

基于2012年7月对东海的调查,剖析了其水体中各形态碳(pCO2、DIC、DOC、POC)的区域分布特征,估算了海-气界面CO2的交换通量(FCO2),探讨了影响其交换的主要因素,在此基础上,结合历史资料初步分析了近十几年来该海域海-气界面CO2交换通量的变化趋势。结果表明,2012年7月长江口邻近海域相对南部陆架区具有较低的DIC浓度,而DOC与POC的浓度相对较高。调查区域表层水pCO2变化范围为96.28~577.7μatm(1atm为101 325Pa),平均值为297.6μatm,低值区出现在长江冲淡水区(30°~33°N,123°~125°E),高值区主要分布在东海陆架的南部区域。表层水pCO2主要受控于长江冲淡水的输入和混合(盐度)、台湾暖流以及生物生产等。调查海域2012年7月海-气FCO2平均为(-6.410±7.486)mmol/(m2·d),表现东海在夏季是大气CO2的汇区,区域碳汇强度由强到弱依次为:长江冲淡水区(CDW)、黄东海混合水区(YEMW)、陆架咸淡水混合区(SMW)、近岸上升流区(CUW)和台湾暖流区(TWCW),东海夏季每日吸收大气CO2(以C计)约(18.3±19.8)kt。结合历史资料分析发现,近十几年来东海夏季碳汇强度有增强趋势,CDW区的海-气界面CO2通量平均年增速为-0.814mmol/(m2·d),即海水吸收大气二氧化碳每年增加约54.6kt,是夏季东海碳汇增加的最主要贡献者。     

Distributions and air-sea fluxes of CO2 in the summer Bering Sea

The 3rd Chinese National Arctic Research Expedition(CHINARE–Arctic III) was carried out from July to September in 2008. The partial pressure of CO2(pCO2) in the atmosphere and in surface seawater were determined in the Bering Sea during July 11–27, 2008, and a large number of seawater samples were taken for total alkalinity(TA) and total dissolved inorganic carbon(DIC) analysis. The distributions of CO2 parameters in the Bering Sea and their controlling factors were discussed. The pCO2 values in surface seawater presented a drastic variation from 148 to 563 μatm(1 μatm = 1.013 25×10-1 Pa). The lowest pCO2 values were observed near the Bering Sea shelf break while the highest pCO2 existed at the western Bering Strait. The Bering Sea generally acts as a net sink for atmospheric CO2 in summer. The air-sea CO2 fluxes in the Bering Sea shelf, slope, and basin were estimated at-9.4,-16.3, and-5.1 mmol/(m2·d), respectively. The annual uptake of CO2 was about 34 Tg C in the Bering Sea.     

CO2 exchange at air-sea interface in the Huanghai Sea

INTRODUCTIONTheroleoftheoceaniscrucialintheoverallcycleofCOZ,withitsspecialpumpingmechanismssuchassolubilitypumpingattheair-seainterfacewithcarbonatechemistry,biologicalpumpinginsurfacewatersandalsointhewatercolumn,anddynamicpumpingassociatedwithoceancirculation(BroeckerandPeng,1982).Inordertounderstandthesevariouspumpingprocessesintheocean,muchresearchhasbeencarriedoutonaglobalscaleasapartofeffortstounderstandtheglobalgeochemicalcycleofCOZ.TheHuanghaiSea,atypicalmid-latitudeepicontine…     

夏季琼州海峡表层海水二氧化碳分压时空变化

采用船载海?气CO₂连续观测系统于2011年和2014年夏季在琼州海峡开展了现场观测，分析研究了表层海水二氧化碳分压(pCO₂)时空变化及其影响因子。2011年和2014年夏季pCO₂分别为(516±29) μatm和(533±15) μatm，海?气CO₂交换通量分别为(8.4±1.7) mmol/(m2·d)和(4.5±0.4) mmol/(m2·d)，均是大气CO₂的强源，高于相邻及相似海域，主要受控于东口海域上升流和海峡中部狭管效应。2011年夏季东口上升流增大pCO₂的同时也促进了浮游植物繁殖，光合作用吸收水体CO₂，降低了pCO₂，而且受其影响，西口口门附近叶绿素a和溶解氧含量陡增，pCO₂突降。2014年夏季东口海域上升流较弱，且观测海域垂直混合作用显著，pCO₂和溶解氧分布特征与2001年夏季明显不同。海峡中部狭管效应造成水体输运速率大、混合作用强，浮游植物“来不及”生长，pCO₂较高。     

1998年春夏南海温盐结构及其变化特征

利用1998年5～8月“南海季风试验”期间“科学1”号和“实验3”号科学考察船两个航次CTD资料,分析了1998年南海夏季风暴发前后南海主要断面的温盐结构及其变化特征.观测发现,南海腹地基本被典型的南海水团所控制,但在南海东北部尤其是吕宋海峡附近,表层和次表层水明显受到西太平洋水的影响.季风暴发以后,南海北部表面温度有显著升高,升幅由西向东递减,而南海中部和南部表面温度基本没变,这使得南海北部东西向温度梯度和整个海盆南北向温度梯度均减小.北部断面表层盐度普遍由34以上降低到34以下,混合层均有所发展,是季风暴发后降水和风力加剧的结果.观测期间黑潮水跨越吕宋海峡的迹象明显但变化剧烈.4～5月,黑潮次表层水除在吕宋海峡中北部出现外,在吕宋岛以西亦有发现,表明有部分黑潮水从吕宋海峡南端沿岸向西进而向南进入南海.6～7月,次表层高盐核在吕宋海峡中北部有极大发展,但在吕宋岛以西却明显萎缩;虽然看上去黑潮水以更强的流速进、出南海,但对南海腹地动力热力结构的影响未必更大.一个超过34.55的表层高盐水体于巴拉望附近被发现,似与通过巴拉望两侧水道入侵南海的西太平洋水有关.     

大风事件对长江口及邻近海域海-气CO2通量的影响

依托2017年8月23日至2017年9月6日在长江口及邻近海域连续走航测得的二氧化碳分压(pCO₂)值,结合温度、盐度、溶解氧等数据,阐述该海域pCO₂的分布特征,并利用一次大风事件前后一个断面的重复观测数据,讨论天气事件对长江口海-气CO₂通量的影响。夏季长江口及邻近海域表层海水pCO₂范围为145~929 μatm,总体呈近岸高远岸低的分布特征,在受长江冲淡水影响的区域,海表pCO₂较低,整体表现为大气CO₂的汇。大风事件(最大风速达9.7 m·s^-1)加强了水体的垂直混合,导致近岸区域从大气CO₂的弱源变为强源(CO₂通量从0.2±1.9上升到 55.0±12.4 mmol·m^-2·d^-1),而远岸区域的碳汇略有加强(CO₂通量从-12.7±2.3变为-16.8±2.5 mmol·m^-2·d^-1)。因此,在估算东海海-气CO₂通量时,台风、冷空气等短时间尺度天气事件的影响也不容忽视。     

极低饱和度和近饱和状态下海水中方解石和文石溶解动力学研究

利用free-drift开放反应系统,在恒压力(101.325 kPa)和恒温度(25.0±0.2)℃环境条件下,研究人工海水中二氧化碳分压(pCO2)的变化对方解石和文石的溶解速率及反应级数的影响.研究结果表明:如果溶解实验中pCO2未达到完全平衡,计算得出的反应级数偏小,且反应液pCO2不平衡是造成不同反应阶段反应...     

海浪对北太平洋海-气二氧化碳通量的影响

利用4种海-气界面气体传输速率公式对比研究了北太平洋气体传输速率及其CO₂通量的季节变化特征。与单纯依赖风速的算法相比, 考虑波浪影响的气体传输速率和CO₂通量在空间分布和季节变化上具有明显差异。在低纬度地区(0°～30°N), 波浪参数使气体传输速率下降, 海洋对大气CO₂的吸收减少, 而在30°N以北范围内则出现新的气体传输速率高值区, 海洋对大气的吸收增加。进一步研究了黑潮延伸体区域的气候态月平均气体传输速率和CO₂通量。结果表明, 该区域气体传输速率和CO₂通量最大值分别出现于冬季和春季, 引入波浪参数后, 虽然该区域气体传输速率和CO₂通量平均值没有明显差异, 但季节变化强度显著增强。     

中国南海、东海及黄海海域海气二氧化碳通量与生产力的物理生物地球化学模拟研究

Marginal seas play important roles in regulating the global carbon budget, but there are great uncertainties in estimating carbon sources and sinks in the continental margins. A Pacific basin-wide physical-biogeochemical model is used to estimate primary productivity and air-sea CO_2 flux in the South China Sea(SCS), the East China Sea(ECS), and the Yellow Sea(YS). The model is forced with daily air-sea fluxes which are derived from the NCEP2 reanalysis from 1982 to 2005. During the period of time, the modeled monthly-mean air-sea CO_2 fluxes in these three marginal seas altered from an atmospheric carbon sink in winter to a source in summer. On annualmean basis, the SCS acts as a source of carbon to the atmosphere(16 Tg/a, calculated by carbon, released to the atmosphere), and the ECS and the YS are sinks for atmospheric carbon(–6.73 Tg/a and –5.23 Tg/a, respectively,absorbed by the ocean). The model results suggest that the sea surface temperature(SST) controls the spatial and temporal variations of the oceanic pCO_2 in the SCS and ECS, and biological removal of carbon plays a compensating role in modulating the variability of the oceanic pCO_2 and determining its strength in each sea,especially in the ECS and the SCS. However, the biological activity is the dominating factor for controlling the oceanic pCO_2 in the YS. The modeled depth-integrated primary production(IPP) over the euphotic zone shows seasonal variation features with annual-mean values of 293, 297, and 315 mg/(m~2·d) in the SCS, the ECS, and the YS, respectively. The model-integrated annual-mean new production(uptake of nitrate) values, as in carbon units, are 103, 109, and 139 mg/(m~2·d), which yield the f-ratios of 0.35, 0.37, and 0.45 for the SCS, the ECS, and the YS, respectively. Compared to the productivity in the ECS and the YS, the seasonal variation of biological productivity in the SCS is rather weak. The atmospheric pCO_2 increases from 1982 to 2005, which is consistent with the anthropogenic CO_2 input to the atmosphere. The oceanic pCO_2 increases in responses to the atmospheric pCO_2 that drives air-sea CO_2 flux in the model. The modeled increase rate of oceanic pCO_2 is0.91 μatm/a in the YS, 1.04 μatm/a in the ECS, and 1.66 μatm/a in the SCS, respectively.