气体交换速率和时间平均尺度对海-气碳通量估计的影响

基于卫星资料建立的CCMP风场、ECMWF波浪和最新CO₂分压数据, 分别用4种以风速为单参数和2种包含海况影响的双参数气体交换速率公式, 估算了全球海-气CO₂通量, 发现前者的结果比后者平均小30%左右, 从整体上看, 与单参数公式相比, 双参数公式使得海洋中CO₂源和汇的强度均明显增强。在此基础上, 讨论了时间平均尺度对海-气CO₂通量估计的影响, 结果表明, 标量平均法比矢量平均具有更好的稳定性, 但依然使得短时间平均比长时间平均得到的CO₂通量值要大, 月平均与6 h平均相比, 单参数公式和双参数公式分别使海洋的净吸收量减少33%和5%, 说明双参数公式具有较好的稳定性。研究还发现, 1988-2009年间, 全球平均风速有增大的趋势, 2006年前后出现一个极大值, 但相应的CO₂年净通量基本保持稳定, 甚至其绝对值有所减小、海洋的吸收能力减弱的倾向。     

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。     

夏季长江口及其邻近海域挥发性卤代烃的分布和海-气通量研究

运用吹扫-捕集气相色谱法测定了2017年夏季长江口及其邻近海域海水中4种常见的挥发性卤代烃（VHCs,包括一氟三氯甲烷（CFC-11）、碘甲烷（CH₃I）、三氯甲烷（CH₃CCl₃）和四氯乙烯（C₂Cl₄））以及大气中CFC-11、CH₃I和C₂Cl₄的浓度。结果表明,表层海水中4种VHCs浓度的水平分布受长江径流输入影响强烈,整体上呈现近岸高、远海低的趋势。垂直方向上4种VHCs浓度最高值出现在10 m水层,长江口内断面的浓度整体高于口外断面的浓度。海水中VHCs的浓度分布受水文环境、生物释放和人为因素等的共同影响。相关性分析表明CH₃I与Chl a浓度不存在明显的相关性,而CFC-11与CH₃I、C₂Cl₄浓度存在显著相关性（P<0.01）,表明调查海域人为源对CH₃I和C₂Cl₄的影响大于天然源。大气中CFC-11、CH₃I和C₂Cl₄的浓度分布整体上呈现近岸高、远海低的趋势。CFC-11的浓度低于全球平均值,表明我国CFC-11的排放得到了有效控制。后向轨迹分析表明来自近岸的陆源污染物的扩散和输送是调查海域大气中3种VHCs的重要来源。CFC-11、CH₃I和C₂Cl₄的海-气通量平均值分别为24.99 nmol/（m2·d）、7.80 nmol/（m2·d）、1.55 nmol/（m2·d）,表明夏季长江口及其邻近海域是大气中这3种VHCs的源。     

白令海BR断面海-气CO2通量及其参数特征

通过对2008年夏季白令海大气和海水pCO2连续观测资料,结合BR断面上站位水体垂直采样测量,对白令海不同海区pCO2的分布特征及其与理化参数的关系进行了初步研究,结果表明,将白令海划分为4个具有不同CO2吸收能力的海区,其中陆坡流区碳通量高达-18.72 mmol/(m2·d),是海盆北区的近2倍,比海盆南区高一个量...     

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。     

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。     

南海东北部及吕宋海峡邻近海域海水和大气中挥发性卤代烃的浓度分布与海-气通量

挥发性卤代烃(VHCs)是大气中一类重要的挥发性有机污染物。本文于2020年9月对南海东北部及吕宋海峡邻近海域海水及大气中的二氯二氟甲烷(CFC-12)、三氯氟甲烷(CFC-11)、溴甲烷(CH₃Br)和碘甲烷(CH₃I)的浓度进行了同步测量,探讨了4种VHCs浓度的水平分布及其影响因素,并估算了CH₃Br和CH₃I的海-气通量。结果表明,调查海域海水中CFC-12、CFC-11、CH₃Br和CH₃I的浓度平均值分别为(1.96±0.84)、(5.35±4.86)、(1.26±0.57)和(2.58±0.88)pmol·L^-1。海水中CH₃Br和CH₃I的分布是生物生产释放、陆源输入和光化学等多种因素共同作用的结果。大气中CFC-12、CFC-11、CH₃Br和CH₃I的浓度平均值分别为(480.65±68.55)、(184.07±31.22)、(...     

西北太平洋楚科奇海沉积物-水界面营养盐输送通量估算

陆架区沉积物间隙水的营养盐再生是水体营养盐补充的重要途径之一。楚科奇海陆架区中部沉积物间隙水中的营养盐分布,是物理和生物扰动较弱状态下的沉积物-水界面的典型分布。本文对中国第4次北极科学考察采集的4个多管短柱沉积物样品及多管样站位的上层水样进行分析,得到沉积物间隙水、上覆水以及水柱中营养盐数据。结果表明,沉积物间隙水各营养盐浓度均先随沉积深度增加而呈指数快速升高,记为Ⅰ层;然后进入沉积物再矿化作用与营养盐移出速率相互抵消的稳定变化层,营养盐浓度在该阶段基本不变,记为Ⅱ层;最后是营养盐缓慢递减层,记为Ⅲ层,由于该层有机质降解作用耗尽氧气,NO-3和PO3-4被还原细菌利用而失去氧离子。通过双层模式和Fick第一扩散定律,计算得出楚科奇海沉积物-水界面硅酸盐、磷酸盐和硝酸盐的扩散通量分别为1.660mmol/(m2·d)(以Si计量)、0.008mmol/(m2·d)(以P计量)、0.117mmol/(m2·d)(以N计量)(以R06站为例)。四个调查站位沉积物中硅酸盐的扩散通量分别为3.101mmol/(m2·d)(以Si计量,CC1站)、1.660mmol/(m2·d)(以Si计量,R06站)、1.307mmol/(m2·d)(以Si计量,C07站)、0.243mmol/(m2·d)(以Si计量,S23站),含量呈现明显的纬度分布特征。沉积物间隙水N*的分布表明,楚科奇海沉积环境具有很强的反硝化过程,沉积物脱氮作用是硝酸盐一个重要的汇。     

胶州湾海水微表层粘度及其在海-气通量计算中的作用

物质海 -气通量计算新建议中将物质海 -气通量计算公式 F=K(CL- b Cg)中的 CL 用CL ( SML ) 代替。本文着重于对公式中质量迁移系数 K的讨论。在测定了海水微表层、次表层水粘度并同时测定了其它一些化学参量基础上 ,得出如下结论 :海水粘度与盐度、碱度有一定相关性 ;微表层与次表层海水的粘度变化小于 3%。因此 ,海水微表层效应影响 K值 ,与海水微表层效应影响物质浓度相比 ,可以不考虑。     

2008/2009年冬季南海冷涌天气过程的海-气热通量交换及热量收支

冬季风期(11月—翌年3月)南海显著的气候特点是盛行东北季风并频繁地发生冷涌天气过程。使用2008年10月到2009年4月在西沙群岛永兴岛近海进行的海-气通量观测试验资料,分析了西沙海域冬季风期,尤其是冷涌时段的海-气通量交换和热量收支特征。结果表明:冬季风前期由于海-气温差增大,感热通量比西南季风期稍增加;潜热通量平均值与西南季风期接近;太阳总辐射明显降低,大气长波辐射减小,海洋热量净收入成为负值,使得秋季之后海面温度不断降低。冷涌期间海-气之间的感热通量高于冬季风期平均值,潜热通量大部分(1月份之前)也高于冬季风期平均值;由于潜热通量增大和太阳短波辐射减小,1月份之前的冷涌过程海洋热量净收支普遍出现较大负值,海洋失热量强于冬季风期,甚至强于2008年台风过程平均值。到了冬季后期太阳总辐射增强,海洋热量净收入转为正值,海水温度又逐渐升高。季节之间比较,观测区感热通量以冬季风期间最大,秋季次之,春季最小;而潜热通量夏季风期出现最大值,冬季次之,秋季最小。     

全球海洋碳循环三维数值模拟研究

基于海洋环流模式POP和生物地球化学模型OCMIP-2,建立了全球海洋碳循环模式,并用于对全球海洋碳循环的模拟研究。该模式在大气CO₂为283×10-6条件下,积分3 100 a,达到工业革命前的平衡态。在此基础上,用历史时期观测的大气CO₂浓度进行强迫,模拟了历史时期的海洋碳循环。模拟的无机碳浓度、总碱度与基于观测得到的结果基本一致,模式能够较好地模拟全球碳循环过程。模拟结果表明,在北半球中高纬度和南半球的中纬度,海洋是大气CO₂的主要汇区;在赤道南北纬20°之间和南大洋50°S以南,海洋表现为大气CO₂的源区。在1980s海洋吸收CO₂速率(以C计)为1.38 Pg/a,1990s为1.55 Pg/a。海洋中人为碳在北大西洋含量最大,向下到达海底并向南输运到30°N附近;在南极附近,浓度较小,深度达到3 000 m;在中纬度,人为碳被限制在温跃层以上。     

大洋海区海-气CO_2通量单参数遥感算法的适用性检验

利用卫星遥感技术的优势,基于LDEO数据库的全球海表二氧化碳分压（PCO2）及海表温度（SST）等实测数据,初步建立东太平洋海区PCO2与SST的单参数经验算法,并采用相同区域的独立实测数据检验.结果表明,单参数算法在寡营养大洋海区具有良好的适用性,反演值与实测值之间的均方根误差（RMS）为0.51 Pa（1 Pa=9.869μatm）,由此估算出2003年6月该海域CO2通量为-1.4 mmol/（m2.d）,与实测估算的碳通量基本相符,能够很好地反映出海区CO2源汇特征.将该遥感算法运用到西大西洋海域（15°~25°N,60°~75°W）,反演值与实测值之间均方根误差（RMS）为0.69 Pa.检验结果表明,在寡营养大洋海区,单参数遥感算法具有一定的适用性,在受相似因子调控的同纬度海区可以使用同一遥感算法.     

气候变化背景下海-气CO_2通量获取方法综述

综述了国内外海-气CO2通量测量和估算方法的研究进展,对各方法的原理、应用及优缺点做了简要介绍,着重介绍了海洋碳循环数值模式的研究现状、原理方法等,并对海-气CO2通量研究的发展趋势作了展望。     

中国贝类养殖对海洋碳循环的贡献评估

造成全球暖化的主要原因是温室气体的过量排放,其中CO2的贡献率达60 %,贝类养殖具有碳沉积作用。依据农业部渔业局编制的《中国渔业统计年签》,以2001年到2010年的年平均产量计算贝类捕获和养殖的碳沉积能力,并评估其碳沉积潜力;计算牡蛎、蛤、扇贝与贻贝四种贝壳单位面积的碳沉积能力并与森林、珊瑚礁的碳沉积能力进行比较分析。本文对我国浅海贝类养殖所具有的碳沉积能力进行评估,以了解贝类养殖对海洋碳循环的贡献,可为争取国家碳份额的合法权益提供基础数据。分析表明我国近十年贝类总产量稳定在1100万吨以上,并有增加的趋势,其中海水养殖贝类约占87.34 %。贝类养殖和捕获总产量的碳沉积和海水养殖产量的碳沉积量分别为58.57、51.15万吨/年,碳沉积能力分别相当于122.28、106.78万公顷的造林,可分别减少大气CO2增加量的0.0125 %、0.0109 %。牡蛎、蛤、扇贝与贻贝的单位面积碳沉积速率分别为1.573、0.388、0.301、1.039吨碳/(公顷?年);牡蛎和贻贝高于森林的碳沉积能力0.479吨碳/(公顷?年);但低于珊瑚礁的碳沉积能力1.8吨碳/(公顷?年)。我国贝类淡、海水养殖产量可分别创造约268.4万元/年、12,711.2万元/年的碳权商机。     

海洋中生源活性气体的来源与迁移转化

海洋生源活性气体主要包括二甲基硫（DMS）、甲烷（CH₄）、氧化亚氮（N₂O）、一氧化碳（CO）、挥发性卤代烃（VHCs）和非甲烷烃（NMHCs）等。它们通过海-气交换进入大气,不仅在全球碳、氮和硫循环中发挥关键作用,而且会直接或间接地对环境和气候变化产生重要影响。海洋释放的活性气体一类属于温室效应气体（CH₄、N₂O、VHCs和CO等）,另一类会在大气中发生化学反应,控制着大气氧化平衡和臭氧浓度（VHCs和NMHCs）。而DMS属于负温室效应气体,其在大气中被快速氧化形成硫酸盐气溶胶,进而对云的形成和辐射强迫产生重要影响。本文综述了国内外海洋生源活性气体的研究现状,着重介绍了DMS、CH₄和N₂O的来源、迁移转化、海-气通量及其影响机制,并指明了该领域存在的科学问题及今后的研究方向。     

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。     

Diurnal sea surface temperature variation and its impact on the atmosphere and ocean: A review

The importance of the diurnal variability of sea surface temperature (SST) on air-sea interaction is now being increasingly recognized. This review synthesizes knowledge of the diurnal SST variation, mainly paying attention to its impact on the atmosphere or the ocean. Diurnal SST warming becomes evident when the surface wind is weak and insolation is strong. Recent observations using satellite data and advanced instruments have revealed that a large diurnal SST rise occurs over wide areas in a specific season, and in an extreme case the diurnal amplitude of SST exceeds 5 K. The large diurnal SST rise can lead to an increase in net surface heat flux from the ocean of 50–60 Wm⁻² in the daytime. The temporal mean of the increase exceeds 10 Wm⁻², which will be non-negligible for the atmosphere. A few numerical experiments have indicated that the diurnal SST variation can modify atmospheric properties over the Pacific warm pool or a coastal sea, but the processes underlying the modification have not yet been investigated in detail. Furthermore, it has been shown that the diurnal change of ocean mixing process near the surface must be considered correctly in order to reproduce SST variations on an intraseasonal scale in a numerical model. The variation of mixed-layer properties on the daily scale is nonlinearly related to the intraseasonal variability. The mixed-layer deepening/shoaling process on the daily scale will also be related to biological and material circulation processes.     

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。     

Terrestrial dissolved organic carbon consumption by heterotrophic bacterioplankton in the Huanghe River estuary during water and sediment regulation

Nearly 20%–50% of the annual terrestrial dissolved organic carbon(DOC)from the Huanghe(Yellow)River was transported to the estuary during the 5-14d of water and sediment regulation.The concentration of DOC increased sharply during the period of water and sediment regulation,which may promote the terrestrial DOC consumption by heterotrophic bacterioplankton.Water and sediment regulation provides an ideal condition for the study of terrestrial DOC consumption by heterotrophic bacterioplankton when terrestrial DOC increases sharply in rainy season,which may help to seek the fates of terrestrial DOC in the estuaries and coasts.In this study,the concentration and stable isotope of DOC,the biomass,growth,and respiration of heterotrophic bacterioplankton were determined.By the study,we found both average percent contribution of terrestrial DOC to the DOC pool and Contribution of terrestrial DOC to the carbon composition of heterotrophic bacterioplankton decreased as distance from the river mouth increased off shore,which was deceased from(39.2±4.0)%,(37.5±4.3)%to(30.3±3.9)%,(28.2±3.9)%respectively.255-484μg C/(L·d)terrestrial DOC was consumed by heterotrophic bacterioplankton.And 29%-45%terrestrial DOC consumed by heterotrophic bacterioplankton releasing as CO2 by respiration.Comparing with tropical estuary,terrestrial DOC consumed by heterotrophic bacterioplankton was lower in temperate estuary(this study).Temperature may limit the consumption of terrestrial DOC by heterotrophic bacterioplankton.     

贝藻类养殖碳汇核算与综合温室潜力评估研究进展

海水养殖可能是实现我国碳中和目标的有效途径之一。贝、藻类养殖是海水养殖的主要组成部分,可以通过碳移除(从海水中收获)、碳固定(形成贝壳)等方式成为有效的碳汇。因此,中国作为海水养殖大国,具有较大的碳汇潜力。然而,目前关于贝、藻类养殖过程中碳汇的计算、评估、监测等还没有统一的标准,对于其碳汇边界的定义(如储藏年限、周转周期等)也不清晰。本文阐述了典型贝、藻类养殖碳汇的潜力,认为碳汇的计算不仅仅要考虑储存碳,还要考虑养殖过程中由于呼吸等过程排放的碳;提出了贝、藻类养殖碳汇测算过程中存在的问题,认为目前常用的称重法等无法准确反应养殖系统的碳汇潜力;建议在未来养殖碳汇测算中首先明确碳汇边界问题(如使用长、短周期碳汇的概念)。最后,本文讨论了贝、藻类养殖生态系统综合温室效应评估的必要性,建议在碳汇核算过程中同时考虑非二氧化碳温室气体(如甲烷、氧化亚氮)的作用。