【摘要】： 海洋初級(jí)生產(chǎn)力(OPP)在全球碳循環(huán)中起著重要作用,在相當(dāng)程度上控制著海 氣界面CO2的交換,是全球變化研究中的重要內(nèi)容。本文的研究目標(biāo)是通過衛(wèi)星遙感反演整個(gè)中國(guó)近海、長(zhǎng)時(shí)間序列的OPP,并利用真光層中的輻射傳輸模式研究不同水體光學(xué)特性的變化對(duì)葉綠素a濃度和OPP遙感的影響,同時(shí)分析中國(guó)近海OPP的時(shí)空演化及其可能原因,特別是亞洲頻繁發(fā)生的沙塵暴對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)的可能影響。本文的研究可以彌補(bǔ)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的時(shí)空局限性,對(duì)于理解海洋生物地球化學(xué)過程及其可能的氣候環(huán)境效應(yīng)十分關(guān)鍵。另外,研究亞洲沙塵對(duì)海洋葉綠素a濃度和OPP的可能影響為目前尚未得到充分重視的沙塵的間接氣候和環(huán)境效應(yīng)問題的研究提供了一個(gè)參考,也為該問題今后的進(jìn)一步深化研究提供了一個(gè)很好的基礎(chǔ)。 本文的主要研究?jī)?nèi)容包括4方面:水色和OPP遙感原理及方法介紹,建立中國(guó)近海OPP的遙感反演模式及精度分析;利用輻射傳輸模式進(jìn)行各種水體對(duì)OPP遙感影響的敏感性實(shí)驗(yàn)研究;中國(guó)近海OPP的時(shí)空演化及其可能原因分析;初探亞洲沙塵對(duì)中國(guó)近海生態(tài)系統(tǒng)的可能影響。第一部分內(nèi)容是后面3部分研究得以進(jìn)行的基礎(chǔ)。 第一部分首先介紹水色和OPP遙感的原理,并綜述了OPP的反演方法,在此基礎(chǔ)上選定當(dāng)前應(yīng)用廣泛且最有效的OPP算法的修正算法(修正的VGPM)建立了中國(guó)近海OPP的反演模式,并討論了影響OPP反演精度的因子,同時(shí)將有關(guān)參數(shù)的衛(wèi)星遙感結(jié)果同現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)資料進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明葉綠素a濃度、真光層深度及最大光合作用速率都是影響中國(guó)近海OPP遙感精度的主要因子,而衛(wèi)星遙感的OPP能夠反映中國(guó)近海OPP的變化趨勢(shì)。 第二部分利用真光層中的輻射傳輸模式進(jìn)行了一系列敏感性試驗(yàn),以研究不同水體光學(xué)特性的變化對(duì)葉綠素a濃度和OPP遙感的影響,主要結(jié)果是:對(duì)于含有不同成分濃度的水體,輸入的遙感反射率誤差越大,所引起的葉綠素a濃度和OPP的反演誤差也越大。葉綠素a濃度在0.2-1 mgm -3時(shí),各種葉綠素反演算法的適用性最好,而對(duì)于較高和較低葉綠素a濃度的水體,反演誤差都較大。此外,OPP的反演誤差隨總懸浮物質(zhì)濃度的減小而減小。忽略葉綠素a濃度峰值分布時(shí)造成OPP的反演誤差,在南海最大可達(dá)71%,而在黃海最大為29%。 第三部分利用修正的VGPM模式反演了1998-2005年中國(guó)近海的OPP,同時(shí)分析了其時(shí)空演化跟其他物理化學(xué)環(huán)境因子之間的關(guān)系。研究結(jié)果表明:渤海、北黃海、南黃海、東海北部、東海南部和南海的初級(jí)生產(chǎn)力有明顯的季節(jié)變化,它們?cè)谝荒陜?nèi)都表現(xiàn)出很好的雙峰分布(渤海分別在夏初和秋季,黃海和東海分別在春季和秋季,南海則在冬季和夏季),且第1個(gè)峰值高于第2個(gè)峰值。東海南部和南海夏季最低,而其他幾個(gè)海域則是冬季最低。在渤海、黃海和東海,溫度、透入海中的光(跟海表輻射強(qiáng)度和透明度有關(guān))是影響其時(shí)空演化的主要因素,而在南海營(yíng)養(yǎng)鹽則是最主要的因子。 第四部分利用衛(wèi)星遙感的葉綠素a濃度、海表溫度、氣溶膠指數(shù)資料以及我們反演得到的OPP資料,討論分析了亞洲頻繁發(fā)生的沙塵暴輸送到黃海和南海以后,對(duì)浮游植物生長(zhǎng)以及OPP的可能影響。得出的主要結(jié)論如下:亞洲沙塵對(duì)貧營(yíng)養(yǎng)的大洋水域的作用尤為突出,而對(duì)近岸水的促進(jìn)作用相對(duì)較小,這可能是因?yàn)榻端旧砭褪歉粻I(yíng)養(yǎng)的;亞洲沙塵有可能促進(jìn)了黃海的春季藻華;1998、2001、2002和2006年的幾次典型的長(zhǎng)距離沙塵過程表明,亞洲沙塵促進(jìn)了黃海和南海的葉綠素a濃度和OPP的增加,并且大多都是滯后一周至兩周的時(shí)間開始起作用,少數(shù)幾次沙塵事件最長(zhǎng)可滯后約1個(gè)月。 本文創(chuàng)新之處主要有以下幾點(diǎn):○1利用目前應(yīng)用廣泛且最有效的OPP反演算法的修正算法,建立中國(guó)近海的OPP反演模式,并且分析了中國(guó)近海各海域OPP的空間和長(zhǎng)時(shí)間變化趨勢(shì),這彌補(bǔ)了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的時(shí)空局限性。○2應(yīng)用真光層中的輻射傳輸模式分析不同水體光學(xué)特性的變化對(duì)OPP反演精度的影響,這對(duì)于分析OPP產(chǎn)品的不確定性可能更加有效�！�3探討了近10年來,亞洲沙塵對(duì)中國(guó)近海葉綠素和OPP的可能影響,采用強(qiáng)和特強(qiáng)沙塵暴個(gè)例的實(shí)際詳細(xì)記錄同衛(wèi)星遙感的氣溶膠指數(shù)資料相結(jié)合的方法,來分析亞洲沙塵暴入海的日期、天數(shù)和強(qiáng)度,這樣可能更準(zhǔn)確地抓住了入海的沙塵,從而為分析沙塵暴對(duì)海洋的影響提供了更可靠的基礎(chǔ)。 本文試圖通過遙感揭示中國(guó)近海OPP的時(shí)空變化規(guī)律,同時(shí)希望揭示不同水體對(duì)OPP遙感不確定性的可能影響,并試圖找出影響它的主要因子。另外,希望揭示亞洲沙塵經(jīng)過長(zhǎng)距離輸送沉降到海洋之后,可能為黃海和南�！笆┓省睆亩绊懫渖鷳B(tài)系統(tǒng)的規(guī)律,這部分工作需要今后更進(jìn)一步的研究和證實(shí)。
【圖文】：

生產(chǎn)過程（林志芬提供，私人通信，2007） 圖 1-2 鐵施肥示意圖（from Internet）面，眾所周知，亞洲頻繁發(fā)生的沙塵暴向大氣中注入大量沙塵氣溶膠洲地區(qū)乃至全球的氣候和環(huán)境都具有重要的影響。這種影響不僅包括土壤風(fēng)蝕、退化，人畜傷亡等直接災(zāi)害，還會(huì)通過沙塵的長(zhǎng)距離輸送，的廣大區(qū)域，如中國(guó)華北、華東地區(qū)及近海海域、韓國(guó)、日本、太平夷和北美西海岸，如有研究在夏威夷群島的 Mauna Loa 觀測(cè)站發(fā)現(xiàn)有塵氣溶膠的個(gè)例（Shaw, 1980，轉(zhuǎn)引自周秀驥等，2002）。目前，對(duì)直接效應(yīng)，已經(jīng)引起相當(dāng)?shù)闹匾暎⒄谶M(jìn)行大量研究。但是，當(dāng)前未得到充分重視的問題，就是沙塵的間接氣候和環(huán)境效應(yīng)。特別是，攜帶的鐵等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)沉降到海洋之后，將對(duì)海洋生態(tài)和環(huán)境造成重要玉等，2002；石廣玉和趙思雄，2003）。，，全球每年約有 10－30 億噸（Duce 1995 的估計(jì)為 10－50 億噸，可

生產(chǎn)過程（林志芬提供，私人通信，2007） 圖 1-2 鐵施肥示意圖（from Internet）面，眾所周知，亞洲頻繁發(fā)生的沙塵暴向大氣中注入大量沙塵氣溶膠洲地區(qū)乃至全球的氣候和環(huán)境都具有重要的影響。這種影響不僅包括土壤風(fēng)蝕、退化，人畜傷亡等直接災(zāi)害，還會(huì)通過沙塵的長(zhǎng)距離輸送，的廣大區(qū)域，如中國(guó)華北、華東地區(qū)及近海海域、韓國(guó)、日本、太平夷和北美西海岸，如有研究在夏威夷群島的 Mauna Loa 觀測(cè)站發(fā)現(xiàn)有塵氣溶膠的個(gè)例（Shaw, 1980，轉(zhuǎn)引自周秀驥等，2002）。目前，對(duì)直接效應(yīng)，已經(jīng)引起相當(dāng)?shù)闹匾�，并正在進(jìn)行大量研究。但是，當(dāng)前未得到充分重視的問題，就是沙塵的間接氣候和環(huán)境效應(yīng)。特別是，攜帶的鐵等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)沉降到海洋之后，將對(duì)海洋生態(tài)和環(huán)境造成重要玉等，2002；石廣玉和趙思雄，2003）。，全球每年約有 10－30 億噸（Duce 1995 的估計(jì)為 10－50 億噸，可
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院（大氣物理研究所）
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號(hào)】：P732

【引證文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2707574