本文關鍵詞：黃東海碳源匯的季節(jié)與區(qū)域變化特征及控制因素解析　出處：《中國科學院研究生院(海洋研究所)》2015年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：海洋作為地球表面最大的碳儲庫,每年可從大氣吸收約1.7億噸碳,對于維持全球碳的收支平衡,控制大氣CO2的持續(xù)升高至關重要。陸架邊緣海以全球海洋7%的面積,維持了30%的海洋初級生產力,是地球物質能量循環(huán)的關鍵組成。發(fā)生在陸架邊緣海的海氣界面CO2交換過程,不僅能夠深刻地影響區(qū)域范圍內碳的生物地球化學循環(huán),同時對全球海洋生態(tài)系統(tǒng)變化也具有深遠意義。本學位論文通過對黃東海海氣界面CO2交換過程的系統(tǒng)研究,揭示了黃海、東海海洋碳源匯的時空變化特征,辨析了控制海氣界面CO2交換的關鍵因素,獲得了一系列新的結果和認識:1.黃海海氣界面CO2通量具有顯著的季節(jié)變化與區(qū)域差異特征。表層水pCO2含量在春季低于大氣CO2含量,在夏季、秋季與冬季則皆高于大氣CO2含量,近岸海域相對外海海域通常具有較高的pCO2。黃海全年總體表現(xiàn)為大氣CO2的碳源,每年可向大氣釋放碳約211萬噸。表層海水溫度與浮游植物活動是控制黃海碳源匯變化的關鍵因素,其中南黃海外部開闊海域pCO2變化主要受控于表層海水溫度,而近岸海域則主要受控于浮游植物作用過程。黃海表層水二氧化碳分壓(pCO2)與海氣碳源匯具有顯著的時空分布變化特征。冬季黃�？傮w能夠向大氣釋放CO2,是大氣CO2的碳源,海氣界面平均碳通量為2.15 mmol·m-2·d-1。冬季黃海碳源匯格局呈現(xiàn)明顯的“南—北”差異,其中黃海南部(33~36°N,120~125°E)pCO2基本維持在大氣CO2含量以下(300~390μatm),表現(xiàn)為大氣CO2的碳匯;而黃海北部(36~38.5°N,122~124.5°E)pCO2則高于大氣CO2含量(400~600μatm),表現(xiàn)為明顯的碳源。春季是黃海全年唯一能夠吸收大氣CO2的季節(jié),2011年4月與2013年6月所獲得的海氣平均碳通量分別為-3.38和-2.87 mmol·m-2·d-1。從區(qū)域分布上來看,春季黃海表層pCO2及海氣界面CO2交換通量具有明顯的“近岸—外�！辈町悺�50 m等深線以淺的江蘇近岸及黃海南部具有較高的pCO2含量(380~580μatm),表現(xiàn)為大氣co2的碳源;而50m等深線以深的黃海中部海域則具有相對較低的pco2含量(300~340μatm),表現(xiàn)為大氣co2的碳匯。夏季黃海總體表現(xiàn)為大氣co2的弱源,碳源匯特性不僅具有顯著的區(qū)域差異,還存在明顯的年際變化。2012年7月,2011年8月與2013年8月所獲得的海氣界面co2通量分別為1.64,1.94和-1.21mmol·m-2·d-1。以34°n,122°e為中心的江蘇沿岸海域能夠強烈地向大氣釋放co2(6~18mmol·m-2·d-1),是決定夏季整個黃海碳源匯性質的關鍵區(qū)域。夏季黃海能夠吸收大氣co2的碳匯區(qū)則局限在東南部的有限區(qū)域內,對整個黃海的碳源匯性質影響較小,海氣界面co2交換通量的變化范圍為-4~-14mmol·m-2·d-1。秋季黃海表層pco2及碳源匯的分布格局與春季十分類似,即以50m等深線為界,等深線以淺的黃海西部近岸區(qū)具備較高的pco2含量(350~420μatm),表現(xiàn)為大氣co2的碳源,而等深線以深的黃海中部外海區(qū)則具備較低的pco2含量(350~370μatm),是大氣co2的碳匯。與春季不同的是,秋季黃�？傮w表現(xiàn)為大氣co2的強源,具有四個季節(jié)中最高的海氣界面co2交換通量(6.43mmol·m-2·d-1)。表層海水溫度、浮游植物活動、水體混合作用、黃海冷水團等因素是控制黃海海氣界面co2交換控制過程的關鍵因素。對比研究表明,浮游植物活動與水體混合作用等非溫度因素是控制黃海近岸海域(水深50m)海氣co2交換通量的主導因素,而表層溫度變化則是控制黃海外部開闊海域(水深50m)碳通量的首要因素。2.東海在春季、夏季皆表現(xiàn)為大氣co2的碳匯,海氣界面co2交換通量分別為-9.34和-5.49mmol·m-2·d-1,兩個季節(jié)共可吸收碳約160萬噸,占東海全年碳匯總量的三分之一。東海碳源匯格局的區(qū)域差異明顯,近岸的長江河口區(qū)多表現(xiàn)為向大氣釋放co2的碳源,而外海的東海陸架區(qū)則多表現(xiàn)為吸收大氣co2的碳匯。浮游植物生產、水體交換混合與長江徑流輸入是控制東海海氣co2交換的主要因素,且這些因素具有明顯的季節(jié)與區(qū)域差異。東海在春季(4月)總體表現(xiàn)為大氣co2的強匯,其海氣界面co2交換通量為-9.34mmol·m-2·d-1。能夠吸收大氣co2的碳匯主要位于長江口外部及50m等深線以深的東海中部海域,尤其以長江口外部海域最為顯著,而能夠釋放co2的碳源則出現(xiàn)在東海東北部及浙江沿岸。初夏季節(jié)(6月)東海表現(xiàn)為中等強度的碳匯,海氣CO2通量相比春季(4月)有所降低,其平均值為-6.37 mmol·m-2·d-1。東海夏季碳源匯分布相較于春季存在較大的不同,例如,長江口外部海域在4月表現(xiàn)為大氣的碳匯,到了6月該海域則變成碳源。浙江沿岸海域在4月具備較高的pCO2含量,是大氣CO2的強源,到了6月份,該海域反而具備較低的pCO2,成為大氣CO2的碳匯。在盛夏季節(jié)(7、8月),東海依舊能夠表現(xiàn)為大氣CO2的碳匯,海氣CO2通量平均值維持在-4.62 mmol·m-2·d-1左右。盛夏季節(jié)東海碳源匯的分布格局在不同年份體現(xiàn)出了較為明顯的差異特征。在2011年8月,東海能夠向大氣釋放CO2的碳源區(qū)基本存在于30°N以北,123°E以西的長江口外部和26~28°N范圍內的東海南部,能夠吸收大氣CO2的碳匯區(qū)則位于東海中部海域。但一年之后的2012年7月,東海南部的碳源區(qū)相較2011年擴大到了30°N附近,而長江口外部的碳源區(qū)則縮小至122.5°E以西,碳匯區(qū)的面積相比2011年也有所減小,主要集中在29°N以北的海域。浮游植物通過“生物泵”效應所造成對大氣CO2的吸收作用,是影響東海春季、夏季海氣CO2交換過程的首要因素,這一點可通過春季(2011年4月)整個東海與初夏(2012年6月)東海內陸架區(qū)海域表層pCO2與葉綠素(Chl a)的顯著負相關關系得到印證。水體交換混合與長江徑流輸入則是影響東海春季、夏季海氣CO2交換過程的另外兩個重要因素。這兩者一方面可直接通過無機碳的輸送造成水體pCO2顯著升高,另一方面還可通過影響營養(yǎng)鹽水平控制浮游植物生產活動,從而間接對海氣CO2交換過程施加作用。長江口海域僅在夏季表現(xiàn)為大氣CO2的碳匯,表層水體pCO2平均值為320μatm,在春季、秋季、冬季皆表現(xiàn)為碳源,pCO2平均值分別為429、611、605μatm。長江口海域碳源匯分布與表層碳酸鈣飽和度密切相關,在pCO2較低的碳匯區(qū),碳酸鈣飽和度相應較高,而在pCO2較高的碳源區(qū),碳酸鈣飽和度相對較低,秋冬季甚至出現(xiàn)了不飽和現(xiàn)象,說明長江口海域存在海水酸化的潛在風險。
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(海洋研究所)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：P734

【參考文獻】

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2 張乃星;宋金明;賀志鵬;鄭國俠;張蓬;徐亞巖;;海水無機碳對過量無機氮輸入引起的富營養(yǎng)化響應的模擬研究[J];環(huán)境科學;2008年06期

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本文編號：1336052