长江口及其邻近海域海—气CO2通量季节性变化研究

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全球气候变化背景下,海洋与大气之间气体交换通量,特别是对二氧化碳通量的监测、估算,对深刻理解生物地球化学循环以及全球气候变迁具有重大意义。陆架边缘海作为陆地与海洋相互作用的重要地带,特别是长江口及其邻近海域,复杂的物理、化学和生物过程,长江携带的大量淡水和陆源无机物注入该海域,并显著影响该海域的物理、化学、生物过程,使得该区域成为全球碳循环研究的典型区域。本研究样品与数据获取基于对东海和南黄海海域2003年至2008年间12个航次的历史数据和2015年8月南黄海6个断面47个站位的调查数据。分别对东海和南黄海海域多年间海-气C02通量的季节性变化及其影响因素进行分析,南黄海海域还对夏季苏北沿岸流区的海水CO2高值影响机制进行了探讨,并获得如下结果和认识:根据2003年到2008年东海及黄海南部海域多个航次现场观测获得的海表温度、盐度及海水表层pC02观测数据,分析了该海域海水表层pC02及Fco2的季节变化特征,并初步探讨了海-气界面C02转移与海表温度、盐度分布和变化的联系。结果表明:该海域海水表层pC02及海-气C02具有显著的季节性差异特征。近海区域,春季受海表温度上升、生物作用加强的影响黄海南部、东海近岸区及陆架中部、东海南部表现为大气CO2汇,其海-气界面CO2季平均通量分别为(-7.77±6.59), (-11.08±8.99),(-2.94±6.78)(mmol·m-2·d-1)。夏季黄海南部区域表现为CO2源(2.99±6.09mmol·m-2·d-1),与下层海水涌升有关,东海中部陆架区及东海南部近岸区由于淡水输入,形成温跃层阻碍水体混合,再加上光合作用增强等的综合作用为大气C02汇,通量为(-4.81±8.92),(-0.75±12.14)(mmol·m-2·d-1)。秋季北风逐渐增强水体混合加剧,向冬季格局转变,底层富含CO2的海水上涌,致使海表pC02升高,整个海区表现为大气C02源。在年际变化上,春季碳汇呈减弱趋势,而秋季碳源则逐渐增强。2015年8月份夏季调查数据得出:夏季南黄海海域海水表层pCO2和FcO2分布及变化,主要受黄海水团、苏北沿岸水、黄海暖流水以及长江冲淡水与黄海暖流水混合的影响。表层海水pCO2分布范围在193.60-592.19μatm之间,表现出了极大的不均性。北部黄海水团区域内,夏季由于跃层的作用,使得表层生物无法得到充足的营养盐补充,生物作用减弱,卫星遥感资料也显示该区域叶绿素a含量普遍低于2mg/m3,且该区域内的温度、盐度同pCO2分布一致,说明该区域受叶绿素a以及水团原有属性的影响,区域海水pCO2平均为412.54μatm, FCo2平均为1.01 mmol ·m-2·d-1为大气CO2弱源。中部苏北沿岸流区域由于富含CO2的底层水上涌以及长江口北部低氧高CO2海水向北扩展后随地形爬升,再加上海流等因素的作用下表层呈现pCO2的高值区,pCO2平均值为462.47μatm,该区域的初级生产力较高,这说明在底层水涌升和生物作用中,底层水涌升占主导地位,且表现为大气CO2的较强源区,FcO2平均值达7.28mol·m-2 · d-1。另外,该区域的海水涌升程除受地形作用外,近岸复杂的流系也是其驱动动力之一。在长江冲淡水与黄海暖流混合区内水深较浅、陆地径流作用明显、潮流作用强,呈现高温、低盐的特征。适宜的温度和充足的营养盐使生物作用占据主导地位,表层pCO2降低,区域平均为298.48μatm,呈现为大气CO2的较强汇区,FCO2强度达-6.78 mmol · m-2 · d-1。整个南黄海区域内走航FCO2平均值为-3.58 mmol · m-2 · d-147个站位FCO2平均值为-0.88mmol ·m-2·d-1,为大气CO2汇。这同前人研究的南黄海夏季表现为弱源结果相反,导致这种因素的主要原因是,调查区域范围不同,高pCO2区域内海-气交换速度较小,且高值区面积较小,而低值区面积较大。以及受人类活动的影响大气pCO2逐年上升一海-气CO2分压差减小,甚至由源逐渐转向汇。这也说明陆架边缘海随大气CO2浓度上升,有逐渐由弱源向弱汇转变的趋势。
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