含氮气体在海盐表面的非均相反应对中国近海大气氮干沉降的影响

通过改进WRF-CMAQ大气化学传输模型的非均相反应模块,模拟了2014年春季(4月28日～5月18日)中国东部沿海和近海海域大气中含氮物质的浓度和干沉降通量,分析了含氮气体在海盐表面的非均相反应过程对含氮物质浓度、相态分配和干沉降通量的贡献。模拟结果表明,海盐表面含氮气体的非均相反应使得渤海、黄海、东海等近海海域大气中NO_2、N_2O_5、HNO_3气体向粗颗粒NO~-_3(NO~-_(3coarse))转化,模拟期间三种气体平均浓度分别降低了0.4%～5.2%、4.7%～18.2%和9.2%～15.6%,NO~-_(3coarse)平均浓度增加了25.3%～35.1%;受含氮物质相态变化的影响,总无机氮日均干沉降通量在渤黄东海大气中增加了1.5%～3.7%,其中NO~-_(3coarse)日均干沉降通量增加27.6%～52.4%,而HNO_3和N_2O_5气体日均干沉降通量分别减少9.6%～16.0%和12.3%～23.9%。污染天气条件下,总无机氮干沉降受非均相反应的影响较干洁天气更加显著,渤海、黄海、东海总无机氮日均干沉降通量可提高4.2%～17.1%,分别为干洁天气条件下的2.3、2.9和1.9倍。     

黄海南部的溶解无机氮

根据 1998年 5月的调查资料 ,分析并讨论了春季黄海南部海区溶解无机氮的分布特征。结果表明 :( 1)因受长江冲淡水及沿岸流的影响 ,NH+4 - N、NO-2 - N浓度的平面分布基本呈周边高、中央低 ,NO-3 - N的浓度则基本呈长江口外海域高、中北部深水区低的分布规律。 ( 2 )调查海域深水区的溶解无机氮存在明显的层化现象 ,且底层等值线上凸密集。 10 m以浅水体 ,NO-3 - N的浓度分布均匀 ,10 m以深水体 ,NO-3 - N的浓度急剧增加 ,且呈现出随深度增加而增加的趋势 ,NH+4 - N、NO-2 - N浓度的垂直分布比较均匀。 ( 3)黄海南部表层叶绿素 a的浓度呈现周边高、中央低的分布特征。     

组织培养获得的海黍子幼孢子体的营养盐吸收和生长特性的研究

以组织培养间接获得的海黍子幼孢子体为实验对象,研究温度和氮、磷浓度对其营养盐吸收和生长的影响。结果显示,15~30℃范围内幼孢子体均可吸收NO-3-N、NH+4-N和PO3-4-P。25~30℃下NH+4-N的吸收显著高于10~15℃时,而NO-3-N和PO3-4-P的吸收速率在实验温度下差异不显著。NO-3-N、NH+4-N和PO3-4-P的最大吸收速率分别出现在15、25和25℃。当氮浓度3 000μg·L-1时,幼孢子体均可吸收NO-3-N和NH+4-N,且二者均呈现开放型吸收模式。当磷浓度30μg·L-1时,幼孢子体可吸收PO3-4-P,且呈现饱和型模式。温度对幼孢子体的生长影响显著。10~30℃范围内,富含氮磷组和去除氮磷组的特定生长率(SGR)均随着温度的升高先增大后减小,且最大SGR(分别为19.58%·d-1和14.58%·d-1)均在25℃时取得;叶绿素a、c的含量随着温度的升高先减小后增大。氮、磷浓度对幼孢子体的生长影响显著。富含氮磷组的SGR、叶绿素a含量和叶绿素c含量分别在15~25℃、15~30℃和20~30℃范围内显著高于去除氮磷组。     

2013 年夏秋季黄海溶解无机氮的分布及季节变化特征

依据2013 年夏季和秋季对黄海海域两个航次的调查结果,对该海域溶解无机氮的季节变化,垂直变化,平面分布状况及其影响因素进行了初步分析和探讨。结果表明,该海域溶解无机氮的分布及组成存在明显的季节性：秋季NO3-N的平均浓度为（7.09±4.15）μmol/dm3,远高于夏季（3.21±3.31） μmol/dm3;夏季NH4-N 含量（0.99±0.95）μmol/dm3 较秋季（0.79±0.82）μmol/dm3 高;夏、秋两个季节溶解无机氮的主要组成部分均为NO3-N,其比例约为70 %和90 %。受浮游植物生长、海水层化以及黄海冷水团存留的影响,调查海域夏季表层溶解无机氮的浓度较低,底层浓度较高;此外,研究海域表层溶解无机氮的分布明显受陆源输入控制,表层溶解无机氮的整体呈现出近岸高外海低的现象,NH4-N的高值区主要出现在靠近城市的近岸海区。该论文可以为该海域氮盐的海洋化学循环研究及赤潮等有害藻华的预防提供科学的理论依据。     

长江水体溶解态无机氮和磷现状及长期变化特点

于2006年2、5、8和11月对长江从攀枝花至河口和上游的两条支流雅砻江和嘉陵江的溶解态无机氮(NO-3-N、NO-2-N和NH+4-N)和磷酸盐(PO43--P)进行了取样调查,同时结合长江营养盐的历史数据,分析了长江水体中溶解态无机氮、磷的长期变化特点。结果表明,长江NO-3-N、NH+4-N、DIN(包括NO-3-N、NO-2-N和NH+4-N)和PO3-4-P浓度从上游到下游显示出增加趋势,但存在季节差异;NO2-N浓度总体较低,在长江中下游(武汉—南京)浓度较高。长江从上游到下游DIN通量的变化主要受径流量的影响,从上游到下游单位面积年产N量逐渐升高;PO3-4-P输送通量从上游往下游呈增加趋势,也主要受径流量控制,但从季节变化来讲,PO3-4-P的月输送通量受其浓度的控制更加明显。自20世纪60年代来,长江水体中NO3--N、NO2--N、DIN和PO3-4-P的浓度都处于缓慢上升趋势,但到80年代上升速度明显加快;不同阶段DIN和34PO-P的季节变化特点也不尽相同,反映了其来源的差异。目前,长江水体中溶解态无机氮、磷浓度与国内及国际河流相比处于中等水平。     

中国东部海域大气气溶胶入海通量的研究

根据中国东部海域气溶胶浓度及分级采样资料,计算得出黄海、东海及日本以南海域沙尘气溶胶的代表元素铝(Al)每月干沉降通量分别为42.8、18.3、5.2mg/m2;其中各海域春季的干沉降通量均占全年干沉降通量的40%以上.相应每月总沉降通量分别为54.1、29.8、10.5mg/m2.渤海、黄海、东海及日本以南海域每年沙尘气溶胶总沉降通量分别为26.4、9.3、5.1、1.8g/m2.东海污染元素总沉降通量以春季最大,夏、秋季次之,冬季最小.日本以南海域锑(Sb)元素总沉降通量的季节分布为冬季最大,夏、秋季次之,秋季最小;硒(Se)元素总沉降通量的最大值出现在夏季,其他季节分布比较均匀.     

大气氮沉降对南黄海初级生产过程影响的数值研究

本研究利用三维物理-生物耦合模型模拟了大气氮沉降对南黄海主要初级生产过程的影响,并通过数值实验区分了不同季节大气氮沉降的贡献。模拟结果显示,大气氮沉降明显增大了南黄海表层溶解无机氮的浓度,近岸海域增加量较大,可以达到3.0 mmol/m^3,且由近岸海域到黄海中部海域有明显的递减趋势,这主要是由于近岸海域无机氮来源众多,导致浓度较高,大气沉降的氮不会被浮游植物生长吸收,出现氮累积。大气氮沉降明显促进了黄海中部春季表层水华和夏季次表层叶绿素最大值两个重要初级生产过程,春季表层叶绿素增加量最大,可达0.20 mg/m^3,夏季次表层叶绿素浓度增加最显著,可达0.10 mg/m^3,分别约为峰值浓度的10%和6%。不同季节大气氮沉降对初级生产过程的贡献不同,冬季氮沉降可以存留下来影响春季水华过程,但作用小于春季氮沉降;夏季,由于水体层化较强,本季的氮沉降对次表层叶绿素最大值的促进作用并不明显,反而冬季氮沉降的影响大于春季和夏季的氮沉降。同时,大气氮沉降也促进了氮循环的各个过程,包括浮游植物生长吸收、呼吸释放和矿化过程。     

黄海夏季水域沉降颗粒物垂直通量的研究

20 0 2年 8月 ,沿穿过黄海冷水团的青岛至济州岛断面 ,在 4个站位放置沉积物捕获器采集沉降颗粒物。镜检发现无机颗粒物、生物粪球以及混杂聚合体是本断面沉降颗粒物主要类型。测定结果显示沉降颗粒物中的颗粒有机碳 (POC)、颗粒有机氮 (PON)、颗粒碳 (PC)、颗粒氮 (PN)和颗粒磷 (PP)的百分含量均呈现从表层到底层逐渐下降的趋势。采用两个改进的模型对底层颗粒物再悬浮比率进行了计算 ,显示黄海海域夏季底层沉降颗粒物再悬浮比率为 90 %— 96%,表明底层沉降颗粒物主要来源于沉积物的再悬浮。两模型所得结果一致 ,证明用温跃层底部颗粒物沉降通量代表水体中颗粒物净沉降通量的假设是合理的。水体中颗粒物、POC及PON的净沉降通量 (±SE)分别为 ( 1 2 65± 3 5 5 )g/(m2 ·d)、( 0 2 9± 0 0 4 )g/(m2 ·d)和( 0 0 6± 0 0 1 )g/(m2 ·d)。     

厦门市近15年无机氮湿沉降的变化情况

为了研究厦门市大气湿沉降中的无机氮情况,分析了2000～2014年厦门市内和郊区的雨水中NO_3~--N和NH_4~+-N的浓度及其沉降通量的变化情况,并对湿沉降中无机氮对厦门近海海水生态系统的影响进行讨论。结果表明,厦门市内和郊区雨水中NO_3~--N和NH_4~+-N的浓度均为春季较高,夏季较低;高浓度无机氮在一年中出现的时间段在两个区域有差别,这可能与这两个区域的季风转换和大气混合层高度变化有关。在2000～2014年,雨水中NO_3~--N的浓度在市内总体呈下降趋势,在郊区总体呈上升趋势;NH_4~+-N浓度的年变化规律不明显。湿沉降给厦门近岸海域带来的NO_3~--N和NH_4~+-N的量分别为1056 t/a和1278 t/a,低于该区域河流输入的无机氮的量的10%,说明湿沉降不是厦门近岸海域海水中无机氮的主要来源。通过比较厦门雨水和近岸海水中的营养盐情况,发现雨水的沉降可能会促进厦门近海部分区域海水中浮游植物的生长。     

南海水体三项无机氮含量的垂直变化特征及与其他环境要素的相关性

据南海环境调查资料，研究了南海水体NO3-N、NO2-N、NH4-N、DIN含量及无机氮组成的垂直变化规律．结果表明：NO3-N、NO2-N、NH4-N、DIN含量范围和均值分别为0．00～43．9，12．32；0．00～1．69，0．07；0．17-14．87，1．32；0．35～45．92，13．73μmol／dm^3．其含量分布与垂直变化特征与深海、大洋的相似，表明南海水是太平洋的变性水体．NO3-N、DIN含量的垂直分布跃层出现于75～500m间，夏季的跃层强度分别为6．61X10-’、6．68×1012Ixmol／（dm’·m），冬季的均为5．65×10^-2μmol／（dm^3·m）；NO2-N含量的最大值多出现于75～100m之间，NH4-N含量的最大值出现在0m层．在浮游植物活动较旺盛的真光层中，NH4-N为无机氮的主要存在形态（平均占比为64．4％）．真光层以下NO3-N为无机氮的主要存在形态（平均占比≥90．8％）．对三项无机氮含量与其他生源要素、水文因子的相关分析结果表明，NO3-N含量与PO4-P、TDP、TP、SiO3-Si、S均呈显著正相关，与pH、DO、O2％、t则呈显著负相关．     

珠江口横门大气氮、磷干湿沉降的初步研究

通过对2006年12月至2007年11月中山横门的大气沉降采样分析, 初步探讨了珠江口大气氮、磷干湿沉降的特征。结果表明, 观测期间铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3--N)、总氮(TN)、总磷(TP)降雨量加权平均浓度分别为0.82、0.52、2.14、0.039mg.L-1, 干湿总沉降通量分别为1.584、1.142、4.295和0.055g.m-2.a-1。NH4+-N、NO3--N和TN干、湿沉降通量相当, 而TP以湿沉降为主。TN大气沉降通量春、夏、秋三季相当, 均明显高于冬季, TP则以夏季最大, 秋季次之, 而冬季最小。     

山东半岛南部近海大气气溶胶水溶性离子的化学组成

为研究陆源输入对中国近海大气气溶胶的影响,于2007年春季和秋季对山东半岛南部近海进行气溶胶采集工作.分析结果表明气溶胶水溶性离子中主要无机离子无显著的季节性变化,其中二次离子(nss-SO2-4,NO-3,NH+4)浓度最高,占总测定离子浓度的80%以上.甲磺酸离子浓度春季明显高于秋季,分别为(0.041±0.022)和(0.012±0.003 1)μg·m-3,导致生源硫酸盐对非海盐硫酸盐的贡献率分别为4.5%和1.5%;另一方面海盐源硫酸盐分别占总硫酸盐浓度的3.3%和3.9%,以上结果表明人为输入源占山东近海大气气溶胶中硫酸盐来源的主要部分.春季与秋季气溶胶中nss-SO2-4/NO-3值分别为1.43和1.34,反映出近年来中国大气中SO2/NOx呈现出下降趋势.由此可见,来自陆源的人为活动输送导致山东南部近海大气气溶胶的化学组成呈现出明显的陆源特征.     

利用卫星数据反演中国近海气溶胶浓度及干沉降通量

利用Aqua卫星MODIS光谱成像仪遥感的气溶胶光学厚度(AOD)资料,结合CALIPSO卫星给出的气溶胶消光系数和相对湿度垂直剖面数据,反演了中国近海低层大气气溶胶浓度,并依据水面干沉降模型估算中国近海气溶胶干沉降通量的时空分布,提出了一种订正AOD的方法;使用中国沿海城市气溶胶浓度监测值,在渤海、黄海、东海和南海4个海区拟合得到了4组AOD与PM10质量浓度的线性关系;反演了2014年3月—2015年2月中国近海气溶胶浓度。结果显示,中国近海气溶胶浓度全年均值为38.15μg/m3,渤海比南海高约149%,沿岸海域高出远海约30%,冬春月份高于夏秋月份约3.7%;气溶胶干沉降通量年均值为0.028g·m-2·d-1,同样表现出北部海域高于南部海域、冬春季高于夏秋季的分布趋势。     

青岛近海海域气溶胶干沉降通量模拟Ⅱ--几种微量金属的干沉降通量研究

了解元素的地球化学特征,运用改进了湿度计算方法的Williams干沉降模型和同步观测的气象数据,计算了不同粒径气溶胶粒子在青岛海区海水表面的干沉降速率,并结合实验测定的Al,Fe,Mn,Cu,Pb,Zn6种金属元素的平均浓度,估算了它们从2001年5月~2002年4月在仰口(1#)、八关山(2#)和沧口(3#)3个采样点的每月和全年干沉降通量。结果显示,地壳元素Al,Fe,Mn在春、冬季对海域的输入量较大,而人为元素Cu,Pb,Zn则在秋、冬季较高。总悬浮颗粒物和这6种金属元素的干沉降通量在空间上的分布特征为:3#>2#>1#。PM10(空气动力学粒径<10μm的颗粒)颗粒物的干沉降通量远低于TSP(总悬浮颗粒物),仅占TSP干沉降通量的6.6%。PM10与TSP中6种金属元素的浓度比和干沉降通量比表明,Cu,Pb,Zn更容易分布在PM10颗粒物上。除Pb外,PM10及PM10颗粒物中Al,Fe,Mn,Cu,Zn干沉降通量的月际变化和TSP基本一致。     

南海北部沉积物间隙水中营养盐研究

通过2004年9月对南海北部6个站位的采样分析,探讨了间隙水的营养盐含量及其空间分布特征,估算了沉积物-海水界面营养盐的扩散通量。结果表明,NH4-N含量为8.9—142.3μmol.L-1,是南海北部间隙水中营养盐的主要组分,占溶解态无机氮的比例范围为49.1%—75.2%。在平面分布上,NH4-N含量表现为近海高于远海,PO4-P则差别不大。NH4-N、NO3-N、NO2-N和PO4-P在沉积物-海水界面的平均通量分别为7.08、-0.61、-0.51、0.14μmol.(m2.d)-1。NH4-N、PO4-P主要是从沉积物向上覆水扩散,是底层水体营养盐的来源之一。     

溶解无机氮在胶州湾沉积物一海水界面上的交换速率和通量研究

应用实验室培养法测定了溶解无机氮(DIN)在胶州湾16个站位沉积物-海水界面上的交换速率。结果表明, NH4 -N,NO2 -N和NO3 -N的交换速率一般分别在-0.5~1.6,0.005~0.67, + - --2.0~2.8 mmol/(m2·d)范围内。由于间隙水中DIN主要以NH4 -N形态存在,DIN在胶州湾沉 +积物-海水界面上的交换以NH4 -N的扩散为主,在大部分站位表现为由沉积物向水体的释放, +NO3 -N主要来自NH4 -N的硝化反应,而NO2 -N是NH4 -N和NO3 -N之间化学转化过程的中 - + - + -间产物。考虑胶州湾沉积物类型, 在胶州湾沉积物-海水界面上的交换通量为9.68×108 DINmmol/d,是河流输入DIN的50%左右,可提供维持胶州湾初级生产力所需DIN的52%。     

惠州大亚湾春夏季大气氮磷沉降的研究

通过对惠州大亚湾春夏季大气沉降的采样分析,探讨了大亚湾大气干湿沉降中氮磷营养盐的特征。结果表明,观测期间总氮和总磷的月均沉降通量分别为257.45和1.79kg·km-2·月-1,均以湿沉降为主。氮的干湿沉降都表现出了明显的春夏季变化差异,干沉降通量夏季比春季大,而湿沉降的结果与此相反;磷的干湿沉降在两季的观测结果均趋于稳定,无明显变化。在降雨冲刷、季风气候引起的大气传输和局部污染的共同作用下,大亚湾大气中的营养盐主要以NO3--N的形式存在。大亚湾大气中的氮盐是该地区大气污染的主要控制目标。     

东、黄海沉积物-水界面营养盐交换速率的研究

2000年10月和2001年5月随“东方红2号”考察船在东、黄海进行考察,在A2、E2、E4、E5、E65个站位作了培养实验,研究沉积物-水界面在氧化和还原条件下的交换通量。在东海海域,NO3-、PO43-、总磷(TDP)由水向沉积物中扩散,NH4 、SiO32-由沉积物向水中扩散,NO3-、TDP、NH4 在还原条件下的交换通量大于氧化条件下的交换通量,PO43-、SiO32-在氧化还原条件下的交换通量基本一致。在黄海海域,两站位各溶解态营养盐的迁移方向有较大差异。在距离陆地较近的海域,各溶解态营养盐多由水中向沉积物中扩散,且距离陆地越近,交换通量越大。在东、黄海海域,沉积物释放的SiO32-对初级生产力的贡献分别为13%、10%~18%,与河流输送和大气沉降相比,沉积物对黄海、东海SiO32-的贡献分别占90%、86%,说明沉积物是SiO32-的源。而在整个东、黄海海域,对于溶解无机氮(DIN)和PO43-来说,它们的交换通量为负值,即沉积物从水体中吸附溶解无机氮和磷,说明沉积物是DIN和PO43-的汇。     

九龙江口、厦门西海域无机氮的分布与转化

1987年3月至1988年12月笔者在九龙江口及厦门西海域调查结果表明九龙江口与厦门西海域无机氮含量较高,分别为28.25和18.76μmol/L,NO_3-N是该海域氮的主要存在状态,NH_4-N也是较重要的形态。九龙江溶解无机氮入海通量估算为6千吨/年。氮的循环、转化对于维持厦门西海域生产力水平有重要的作用。NO_3-N、NO_2-N、NH_4-N分布的季节变化主要是受生物活动的影响。     

桑沟湾海水中营养盐分布及潜在性富营养化分析

根据2003年8月—2004年7月桑沟湾海区12个航次海水营养盐的调查资料,分析了该海区海水营养盐的分布特征及时空变化,评价了水质的潜在性富营养化状况。结果表明,溶解无机氮的年平均浓度为10.15μmol/dm3。4个季节中溶解无机氮以NO3-N为主要存在形式,占年平均含量的78.69%,其中以秋季的含量为最高。NH3-N占无机氮年平均含量的15.11%,NO2-N占无机氮年平均含量的6.20%。活性磷酸盐的年平均浓度为0.23μmol/dm3,浓度呈现春季较低和秋季较高的分布特征。活性硅酸盐的年平均浓度为2.86μmol/dm3,浓度呈现冬季较低和夏季较高的分布特征。DIN∶P,Si∶DIN和Si∶P的比值年平均分别为43.2,0.31和13.4,磷酸盐和硅酸盐为限制因素。与1983年在该海域所获数据比较发现,溶解无机氮的浓度是20年前的10.7倍,活性磷酸盐的浓度较20年前降低了43.9%,活性硅酸盐的浓度较20年前降低了34.1%。桑沟湾海区营养水平仍很低,总体上处于贫营养或中度营养化阶段,海水水质质量较好。