利用卫星数据估算南大洋海-气CO_2通量的展望

本文简述了南大洋在全球碳循环系统中的重要作用以及极地海域海洋CO2通量现场实测数据调查的局限性和存在问题,借鉴国外学者在大洋利用卫星数据估算海-气CO2通量的研究成果,结合我国在南极积累的二十多年的大洋考察资料,展望我国在南大洋进行相关碳通量估算的研究前景。总的基本思路是:从海表层水CO2分压和其相应的调控因子之间推导出经验公式,通过最佳的插值方式由卫星遥感数据外推整个计算海域的CO2数据场,与实测数据做比较,计算碳通量。     

南大洋海-气CO_2通量研究进展

南大洋是全球最重要的CO2汇区之一。准确估算南大洋及其各海区的海-气CO2通量,是全球碳循环研究的重要内容,其对预测和评估未来南大洋在全球变暖日益加剧的背景下发挥的作用有重要意义。但由于南大洋广阔的海域,恶劣的气候条件、自身复杂的水文物理及地球化学过程等原因,目前对南大洋的CO2通量的评估不一而足,存在较大差异和不确定性。本文讨论了南大洋海-气CO2通量的估算方法和各个海域海-气CO2通量研究的最新进展,并分析了南大洋海-气CO2通量的控制及影响因素。目前对南大洋的年吸收量估计为大约在0.1-0.6PgCyr-1,同时,所有的研究都表明,其存在极大的年度变化性。并且,由于各个海区受到生物、物理和水文等各方面的影响,表层海水CO2分压(pCO2)表现出极大的时空变异性。     

中国第26次南极考察南大洋碳通量评估

南大洋是大气CO2的重要汇区,而近几十年来这个汇出现了明显变化并成为了研究的热点。利用中国第26次南极考察期间雪龙船绕南极航行所获得的现场碳及相关参数观测数据,分析推导出海水pCO2及其主控因子(叶绿素和水温)之间的经验关系,并结合相关卫星遥感数据建立遥感外推算法,计算南大洋50°S以南海区碳通量分布,评估该海区对大气CO2的吸收能力。计算结果表明,2009年11月从90°E到90°W(顺时针方向),50°—75°S海域为CO2输送大气的弱源,平均输入大气通量为9.482 mol·m-2·month-1,碳释放量为0.001 779 5×1015gC;2009年12月从90°W—90°E(顺时针方向),50°—75°S海域为吸收大气CO2的弱汇,平均碳通量为-12.451 mol·m-2·month-1,碳吸收量为0.026 656×1015gC。将经验关系推导至该月份的50°—75°S整个南大洋的计算中发现,2009年11月南大洋为大气CO2的源,碳释放量为0.002 789 6×1015gC;在2009年12月南大洋为大气CO2的汇,碳吸收量是-0.003 503 5×1015gC。相比之前我们所观测的结果,南大洋的碳汇吸收能力呈现明显下降。     

影响北极地区迅速变化的一些关键过程研究

最近研究证明 ,近半个世纪来 ,北极地区正在发生迅速变化。部分地区温度上升了 2- 3°C ,北冰洋海冰退缩 5 %,中心地区海冰厚度变薄 ,海面压力降低 ,中上层水淡化和变暖 ,吸收CO2 能力增加 ,臭氧耗损和紫外线辐射增强。中国于 1 999年开展了“中国首次北极科学考察” ,在楚科奇海、加拿大海盆、白令海以及临近海域开展了海冰气相互作用的多学科综合考察 ,对北极的区域特征及其在全球变化中的作用研究获得一些新的认识。观测到加拿大海盆中层水持续增暖的现象 ,揭示了西北冰洋与白令海水体交换的途径和次表层暖水结构 ,发现了加拿大海盆是北冰洋河水的主要储存区。利用联合冰站观测数据 ,模拟了北冰洋夏季大气边界层结构和下垫面能量平衡的变化特征 ,定量给出了北冰洋夏季海 /气和冰 /气之间湍流通量和边界层参数的差异。海 /气CO2 的通量观测表明 ,考察区的大部分海域均为大气CO2 汇区 ;西北冰洋海冰区具有较高的生物泵运转效率 ,楚科奇海陆架是一个高效的有机碳“汇”区 ,寒冷水体中微生物活动并未受到明显抑制。沉积物的地球化学过程研究表明 ,海底表层沉积物中碘含量存在着由低纬度到高纬度增加趋势 ,北极地区可能是碘的汇区 ,碘可作为极区古海洋中的地球化学元素变化的重要指标。楚科奇海、白令海     

白令海和楚科奇海陆架区的生源物质埋藏通量研究

楚科奇海和白令海通过白令海峡相连,是气候变化研究的关键区域。利用210Pb过剩法开展两个海域沉积过程和生源物质的埋藏通量研究。研究发现,白令海陆架区沉积柱样(NB22)受到生物扰动影响,楚科奇海沉积物柱样(R17)所受生物扰动很小。通过建立模型,获得楚科奇海陆架区的沉积速率为0.6±0.1 mm·a~(-1),白令海陆架区的沉积速率为2.1±0.7 mm·a~(-1)。忽略沉积过程,白令海陆架区由生物扰动引起的混合因子为1.38±0.92 cm2·a~(-1);考虑沉积过程,则混合因子为0.65±0.95 cm2·a~(-1)。白令海的有机碳、生源硅、Ca CO3的埋藏通量分别为:6.85 mmol C·m-2·d-1、37.7 mmol Si·m-2·d-1、3.15 mmol C·m-2·d-1;楚科奇海的有机碳、生源硅、Ca CO3的埋藏通量分别为:5.71 mmol C·m-2·d-1、9.78 mmol Si·m-2·d-1、3.08 mmol C·m-2·d-1。楚科奇海陆架区具有高效的垂直输运的海洋生物泵,白令海陆架区海洋生物泵可能存在较强的水平输运过程。海洋沉积物中210Pb信号不仅可以定量沉积速率和埋藏通量,也在一定程度上反映海洋底栖生物的扰动强度。     

巴伦支海近40年来海洋热含量变化特征及影响机制

利用ORAS5海洋-海冰再分析数据集,研究发现1979—2018年间巴伦支海海洋热含量存在显著的季节和年际变化特征,且有持续上升趋势。海-气热通量是控制巴伦支海海洋热含量季节变化的主要因素,而北大西洋流的海洋热输运则影响其年际变化和上升趋势。北大西洋流的温度和流速变化对其海洋热输运的年际变化均有贡献,而其海洋热输运的上升趋势则主要是来自于北大西洋流温度的增加。此外,巴伦支海开阔海域和冰区的海-气热交换呈现相反的趋势,在无海冰覆盖的开阔海域,海洋放热减少,海洋混合减弱;而在有海冰覆盖的海域,海洋放热则显著增加,海洋混合增强。     

泥河水库春季水-气界面二氧化碳通量与其影响因子的相关性分析

利用静态箱-气相色谱法对泥河水库春季水-气界面二氧化碳通量值进行连续24h观测,对其变化趋势及影响因素加以分析。结果表明:泥河水库24h均为大气CO2的源,其碳通量均值为26.50mg/(m2·h),全天源的极大值出现在1∶00为32.38mg/(m2·h),源的极小值出现在13∶00为20.15mg/(m2·h)。在春季影响泥河水库水-气界面CO2通量变化的主要因素是气温、叶绿素和风速,相关系数分别为0.671、0.625、0.253。结论:水库水-气界面CO2通量的变化是多种因素共同作用的结果,春季水库是大气CO2主要碳源之一。     

刈割治理互花米草对河口沼泽CO2和CH4排放通量的短期效应

河口沼泽因地理位置的特殊性,极易遭受外来生物的入侵.刈割是治理河口沼泽外来入侵种互花米草(Spartina alterniflora)常用的物理方法之一.在涨潮前和落潮后两个时段,采用静态箱一气相色谱法,连续7d采集气样,研究了刈割治理对闽江河口鳝鱼滩互花米草沼泽生态系统CO2和CH4排放通量的短期影响.结果表明,经刈割治理的互花米草沼泽样地CO2和CH4排放通量都显著低于对照样地(p＜0.05);其中,CO2排放通量减小的幅度大于CH4排放通量;涨潮前,刈割样地CO2排放通量在第6天开始恢复上升,CH4排放通量的增加早于CO2.落潮后,刈割样地CO2排放通量与5 cm土温显著负相关(n=21,r=-0.704,p＜0.01);对照样地CH4排放通量与表层土壤盐度显著负相关(n=21,r=-0.611,p＜0.01).     

铵态氮沉降对内蒙古呼伦贝尔草地CO_2通量的影响（英文）

大气氮沉降可能会影响陆地生态系统的碳通量。本文主要目的是探讨在氮素缺乏的草地生态系统中,氮素添加是否会增加CO2通量。本研究于2008和2009生长季进行,采用静态箱-气相色谱法研究CO2通量对氮沉降增加的响应。结果表明,2年的氮素添加并没有显著影响土壤NH4+含量,NO3-含量只是在2009年生长季后期有所增加。高氮处理增加了CO2通量,而低氮处理在2008年抑制了CO2通量,2009年后期增加了CO2通量。而且氮素添加显著增加了地上生物量和根系的生物量。CO2通量与土壤水分、土壤温度的关系并没有因为氮素的添加而改变,但是氮素添加增加了CO2通量对土壤水分和土壤温度的敏感性。这些结果表明,在未来大气氮沉降增加的背景下,呼伦贝尔草甸草原CO2通量有可能会增加。     

双扩散在南极文森湾海域热盐结构演变中的作用

利用22头象海豹携带的CTD观测到的2012年3—4月南极文森湾中西部海域的海水温盐剖面数据,研究了双扩散效应在海水热盐演变过程中的作用。结果显示,该海域双扩散效应显著,其中"扩散对流"作用在水柱中所占比例超过50%,并普遍存在于500—800 dbar深度的深层水中;"盐指对流"作用在水柱中所占比例不超过10%,存在于300—500 dbar的中层水中;随着时间进入南极冬季,海水结冰盐析过程会使水体中重力不稳定状态加剧。"扩散对流"会产生向上的热通量和盐度通量,热通量大约在0.02—0.5 W·m~(–2),盐度通量平均在10–8 m·s~(–1)左右;"盐指对流"则会产生向下的热通量和盐度通量,平均热通量约为–0.5 W·m~(–2),平均盐度通量约为–10–8 m·s~(–1)。在结冰初期,文森湾陆架海域的海表结冰过程对低温高盐水体的产生具有补充作用,进而通过扩散对流作用使得高密度陆架水(DSW)在水体内部得到补充生长与积累。因此,双扩散作用对于该海域高密陆架水的形成有不可忽视的贡献。     

Carbon fluxes in the Arctic Ocean—potential impact by climate change

Because of its ice cover the central Arctic Ocean has not been considered as a sink of atmospheric carbon dioxide. With recent observations of decreasing ice cover there is the potential for an increased air–sea carbon dioxide flux. Though the sensitivity of the carbon fluxes to a climate change can at present only be speculated, we know the responses to some of the forcing, including: melting of the sea ice cover make the air–sea flux operate towards equilibrium; increased temperature of the surface water will decrease the solubility and thus the air-sea flux; and an open ocean might increase primary production through better utilization of the nutrients.
The potential change in air-sea CO₂ fluxes caused by different forcing as a result of climate change is quantified based on measured data. If the sea ice melts, the top 100 m water column of the Eurasian Basin has, with the present conditions, a potential to take up close to 50 g C m⁻². The freshening of the surface water caused by a sea ice melt will increase the CO₂ solubility corresponding to an uptake of ∼ g C m⁻², while a temperature increase of 1°C in the same waters will out-gas 8 g C m⁻², and a utilization of all phosphate will increase primary production by 75 g C m⁻².     

南极普里兹湾及邻近海域二氧化碳的分布及其海气通量

本文根据１９９１年１２月至１９９２年１月在普里兹湾及其邻近海域所作的现场观测，采用红外分析法测定了表层水和大气ＣＯ２分压，结果表明，表层水ＰＣＯ２的分布大致呈近岸低、远岸高的特征，其分布变化主要受生物活动控制。利用通量计算模式，估算出ＣＯ２在调查海域的平均海－气通量为－７１．９ｇ／（ｍ２ａ），通量的可能误差主要来自与风速有关的交换系数。     

定量遥感尺度转换方法研究进展

首先对遥感科学和气象学、水文学、生态学、地理学和的尺度概念及其转换方法进行了区分。其次对遥感数据空间尺度转换方法的国内外研究进展情况进行了系统梳理,重点比对了目前空间尺度转换常用6种转换方法：统计转换法、分类转换法、数据融合转换方法、分形分析法、基于局域动态模型的转换方法和基于物理意义尺度转换方法及其各自所属方法的优点和缺点。再次以遥感时间尺度转换应用最为广泛的地表蒸散发和农业旱情监测等2个领域为例,对遥感时间尺度转换方法进行了总结。最后预测了今后定量遥感尺度转换研究可能的研究重点,以期为今后更好地开展尺度效应和尺度转换研究工作提供参考。     

Role of sea ice in air-sea exchange and its relation to sea fog

Synchronous or quasi-synchronous stereoscopic sea-ice-air comprehensive observation was conducted during the First China Arctic Expedition in summer of 1999. Based on these data, the role of sea ice in sea-air exchange was studied. The study shows that the kinds, distribution and thickness of sea ice and their variation significantly influence the air-sea heat exchange. In floating ice area, the heat momentum transferred from ocean to atmosphere is in form of latent heat; latent heat flux is closely related to floating ice concentration; if floating ice is less, the heat flux would be larger. Latent heat flux is about 21 23 6 W·m -2, which is greater than sensible heat flux. On ice field or giant floating ice, heat momentum transferred from atmosphere to sea ice or snow surface is in form of sensible heat. In the floating ice area or polynya, sea-air exchange is the most active, and also the most sensible for climate. Also this area is the most important condition for the creation of Arctic vapor fog. The heat exchange of a large-scale vapor fog process of about 500000 km 2 on Aug. 21 22,1999 was calculated; the heat momentum transferred from ocean to air was about 14 8×10 9 kW. There are various kinds of sea fog, radiation fog, vapor fog and advection fog, forming in the Arctic Ocean in summer. One important cause is the existence of sea ice and its resultant complexity of both underlying surface and sea-air exchange.     

面向对象解译方法在遥感影像地物分类中的应用

针对高分辨率遥感影像快速高效萃取有用信息这一遥感技术应用的热点问题,探讨了基于面向对象(Object-oriented)解译方法的遥感影像自动及半自动解译和提取的新思路.文中分析了面向对象解译方法在地物信息分类应用中的优势,并提出了基于此方法的高分辨率遥感影像多尺度信息提取技术流程.具体结合广州市新白云机场开发区IKONOS高分辨率遥感数据进行地物快速提取、自动分类的试验,并对解译效果进行了评估分析,证明此方法在高分辨率遥感影像地物分类中确实高效可行.     

遥感在土壤碳储量估算中的应用

土壤碳库是陆地生态系统碳库的主体,在全球碳平衡中具有重要作用。从20世纪70年代早期Landsat-MSS数据的使用开始,各种传感器的卫星多光谱测量开始广泛应用于土壤调查中。首先,分析了利用遥感方法估算土壤碳储量的可行性。之后,系统分析总结了国内外在土壤碳储量研究中的常用遥感方法,即遥感影像直接估算法、植被指数法和光谱测定分析法。最后,对遥感在土壤碳储量估算研究中的发展趋势做出展望。     

空间信息技术支持下的沿海风能资源评价

沿海地区是我国重要的风能资源区,由于近地面风场具有很强的时空变异性,给风能资源定量评价带来了很大困难.空间信息技术的发展为我们提供了新的视角和手段,近年来,利用星载合成孔径雷达(SAR)进行沿海风场信息遥感反演已从试验逐步走向成熟,它以布拉格原理为依据,建立合成孔径雷达后向散射系数与海面风场之间的关系,反演风速、风向等关键参数,并进而对研究区风能资源进行准确的定量评价.本文回顾了本领域国内外研究进展,重点阐述了风场要素反演的基本方法和校验手段,探讨了目前存在的一些问题和改进方法,并对本方法在我国的应用前景作了展望.     

遥感分景数据的剖分索引模型

随着空间技术和对地观测技术的飞速发展,海量遥感影像索引成为目前国内外学术界和应用部门面临的一大难题,地球剖分系统的产生为这一难题的解决开辟了新的途径。本文首先研究了遥感分景数据的特征和EMD全球剖分的特征,然后针对现有遥感影像数据索引方法的不足,提出了基于EMD剖分系统的三种索引模型:基于影像—面片映射关系的索引模型、基于EMD数据模型的索引和剖分数据标识索引模型,从三个不同的方面探讨了解决索引问题的方法和思路。并给出了利用遥感分景数据的剖分索引模型对线状对象和面状对象进行索引应用的实例。遥感分景数据的剖分索引模型的建立为遥感影像数据的高效存储和索引提供了一种有益的新思路。