夏季琼州海峡表层海水二氧化碳分压时空变化

采用船载海?气CO₂连续观测系统于2011年和2014年夏季在琼州海峡开展了现场观测，分析研究了表层海水二氧化碳分压(pCO₂)时空变化及其影响因子。2011年和2014年夏季pCO₂分别为(516±29) μatm和(533±15) μatm，海?气CO₂交换通量分别为(8.4±1.7) mmol/(m2·d)和(4.5±0.4) mmol/(m2·d)，均是大气CO₂的强源，高于相邻及相似海域，主要受控于东口海域上升流和海峡中部狭管效应。2011年夏季东口上升流增大pCO₂的同时也促进了浮游植物繁殖，光合作用吸收水体CO₂，降低了pCO₂，而且受其影响，西口口门附近叶绿素a和溶解氧含量陡增，pCO₂突降。2014年夏季东口海域上升流较弱，且观测海域垂直混合作用显著，pCO₂和溶解氧分布特征与2001年夏季明显不同。海峡中部狭管效应造成水体输运速率大、混合作用强，浮游植物“来不及”生长，pCO₂较高。     

长心卡帕藻应对海洋酸化和升温的环境适应性研究

长心卡帕藻(Kappaphycusalvarezii)是主要生长于热带海域的大型经济红藻,在营养物生物提取方面具有重要的经济和生态价值,作为提取κ-卡拉胶的重要原料,广泛应用于食品和医学等多种行业。由于人类活动导致大气中CO₂浓度持续升高,引发海洋表层海水逐渐酸化和升温,对大型海藻产生耦合效应。因此,本文设置了两种CO₂浓度梯度(450×10^–6和1 200×10^–6)和三种温度梯度(26℃、29℃和32℃),从光合作用、细胞代谢产物、碳氮积累和酶活性方面探讨长心卡帕藻响应海洋酸化和海水升温的环境适应性变化。结果表明, CO₂浓度与温度变化对长心卡帕藻的F_v/F_m影响显著(P<0.05),在两种CO₂浓度条件下,Fv/Fm均随温度升高而增加;酸化条件与非酸化条件下可溶性糖浓度变化趋势相反,海水升温对游离氨基酸浓度影响极显著(P<0.01),在两种CO₂水平下,升温均会降低藻体游离...     

CO2升高和阳光紫外辐射对坛紫菜生长和光合特性的耦合效应

大气CO₂持续升高,导致溶入海水中的CO₂增多,海水表层的H+浓度增加,从而引起海洋酸化。为了探讨近岸定生大型海藻对这种环境变化的响应,本文选择经济海藻坛紫菜为实验材料,研究海洋酸化与紫外辐射对藻体生长以及光合特性的影响。实验分两个CO₂处理,分别为正常空气水平(390 ppmv)和高CO₂水平(800 ppmv); 三种辐射处理,分别为全波长辐射(PAB)、滤除紫外线B(PA)和仅接受可见光处理(PAR)。研究结果表明,CO₂培养下的坛紫菜,在仅有可见光(P)或者同时有紫外线A(PA)存在的情况下,显著促进藻体的生长;但在全波长辐射处理下(PAB),这种作用不明显。高CO₂降低了藻体在P和PA处理下的光合作用速率,但对PAB处理作用不显著。高CO₂处理下的藻体,UV-B显著降低了全波长辐射下藻体紫外吸收物质的含量,但在正常CO₂水平下,紫外辐射的作用不显著。这表明高CO₂导致的生长优势被紫外辐射的负面效应所抵消,在全球变化的过程中,紫外辐射的进一步加强在海洋酸化的背景下甚至有可能降低坛紫菜的产量。     

高空间分辨率海表CO2分压的卫星遥感反演算法：机器学习在秋季象山港的应用

近海海湾受人类活动及自然变化影响大,海水碳源汇格局变化影响机制极其复杂。由于海湾空间尺度小,需要使用宽波段的高空间分辨率卫星遥感对海-气CO₂通量进行监测评估。相对于传统公里级的水色卫星资料,海-气CO₂通量定量估算的关键参数——海表CO₂分压(sea surface partial pressure of CO₂,pCO₂)遥感反演在小尺度海湾具有极大的挑战性。该文以秋季象山港为例,利用走航观测pCO₂数据及近5年哨兵2号(Sentinel-2)卫星影像,采用支持向量机(support vector machine, SVM)机器学习的方法,基于Sentinel-2遥感反射率及其比值,建立了海表pCO₂的遥感反演算法。算法验证结果显示决定系数为0.92,均方根误差为23.23μatm,遥感反演结果与实测值具有较高一致性。在此基础上,制作了2017—2021年秋季(9—11月)象山港海表pCO₂遥感产品,结果表明...     

大洋桥石藻Gephyrocapsa oceanica对海水酸化与营养盐胁迫的复合响应

本文选取了大洋桥石藻(Gephyrocapsa oceanica)作为实验对象,通过CO₂加富实验模拟海水酸化环境,分析了氮充足和氮相对不足条件下海洋颗石藻对海水酸化的生理响应。结果发现在两种营养盐状态下,CO₂加富均能一定程度促进大洋桥石藻种群增长与Chl a浓度的增加。对比两种营养盐状态,氮相对不足条件下的大洋桥石藻细胞密度和叶绿素含量均有最显著的提高,表明低营养盐浓度和低的氮磷比可能更有利于大洋桥石藻的生长繁殖。电镜观测结果显示酸化对大洋桥石藻的钙化作用具有显著的负影响,并且在氮相对不足条件下,大洋桥石藻的细胞个体变小及比表面积升高。研究结果表明在未来寡营养的大洋上层水体,大气CO₂浓度升高会对大洋桥石藻的生理功能产生负面影响,但可能刺激大洋桥石藻的生长。     

海洋酸化、暖化对两种鹿角珊瑚幼虫附着及幼体存活的影响

大气CO₂浓度持续升高导致海洋酸化和暖化影响着造礁石珊瑚和珊瑚礁生态系统。为探明造礁石珊瑚早期生活史对海洋酸化和暖化的生理学响应，本文研究了温度（约28°C, 约30°C）和pCO₂（约570 μatm, 约1 300 μatm）以及两者协同作用对简单鹿角珊瑚（Acropora austera）和中间鹿角珊瑚（A. intermedia）早期生活史的影响。实验结果表明，升温（+约2.5°C）和酸化（约1 300 μatm）对两种鹿角珊瑚幼虫的附着率和死亡率均无显著影响。酸化显著降低了简单鹿角珊瑚幼体存活率（25.87%），但并不显著影响中间鹿角珊瑚幼体的存活率；升温对两种鹿角珊瑚幼体存活率无显著影响。升温（+约2.5°C）、酸化（约1 300 μatm）对简单、中间鹿角珊瑚幼虫的存活和附着过程的影响较小，但是酸化对简单鹿角珊瑚幼体存活的影响高于暖化。本文结果表明，珊瑚补充过程对海洋酸化和暖化的响应可能具有种类特异性，气候变化将逐渐改变造礁石珊瑚的群落结构。     

海气交换与呼吸作用调控下杭州湾碳酸盐体系的特征

杭州湾作为典型的高浑浊度海湾,对其水体碳酸盐体系分布特征的研究相对较少。本文基于两个夏季航次(2018年和2019年)获取的调查资料,阐述夏季杭州湾水体中碳酸盐体系参数的空间分布特征,并进一步分析影响溶解无机碳偏离保守混合作用的主要过程及相对贡献。数据结果表明,杭州湾内表层溶解无机碳浓度与总碱度的变化范围分别为1 553～1 964 μmol/kg和1 577～2 101 μmol/kg,略低于长江口(1 407～2 110 μmol/kg和1 752～2 274 μmol/kg),溶解无机碳浓度和总碱度的空间分布受控于淡水与外海水混合的影响,在潮汐作用下,总体呈现出湾内低,向湾外逐渐升高的趋势。影响表层溶解无机碳非保守混合分布的主要过程中,海?气交换降低溶解无机碳浓度,呼吸作用增加溶解无机碳浓度,两个过程对溶解无机碳浓度变化量的贡献分别为(?42.3±11.7)%与(34.2±14.3)%,净效应呈现为相对平衡的状态。通过计算获得表层海水pCO₂的平均值为799 μatm (675～932 μatm),海湾总体表现为大气CO₂的源。此外,湾内海水碳酸盐缓冲因子的范围为12.8～23.8,对CO₂的缓冲能力弱于邻近东海海水(缓冲因子平均值约为11.9),指示其与外部水体的交换可能会降低附近海域的酸化缓冲能力。相对其他河口/海湾而言,杭州湾内高浊度与强潮汐的特点使其湾内水体的碳酸盐体系分布特征具有区域特殊性。     

高分辨率海水表层二氧化碳分压重构——以大西洋为例

海洋是自然界中重要的碳汇,海-气二氧化碳通量通常利用大气和海水表层的二氧化碳分压(pCO₂)差进行估算。受制于时空分布不均匀的观测样本和预测数据,目前已有海水表层二氧化碳分压的重构结果在空间分辨率上仍有较大可提升空间。为在高空间分辨率下更好地拟合时空变化,基于表层大洋二氧化碳地图(SOCAT)的海水表层二氧化碳逸度(f CO₂)数据集和遥感卫星等多源数据,利用XGBoost模型建立了海水表层二氧化碳分压值与海洋物理、生物、光学等要素的非线性关系,并根据样本时空频率构建权重模型,最终重构了2000-2018年大西洋0.041 7°×0.041 7°下月度海水表层二氧化碳分压分布。预测结果的相关系数为0.966,均方根误差为8.087μatm,平均偏差为4.012μatm,与同类重构结果相比,海水表层二氧化碳分压的时空变化趋势一致性强,且在空间分辨率上具有优势。     

急性CO2酸化对菲律宾蛤仔钙壳和呼吸作用的影响

基于渤海表层典型的碳酸盐系统,通过实验室密闭培养实验,分析急性CO₂酸化条件对菲律宾蛤仔(Ruditapes philippinarum) CaCO₃形成速率(G)和CO₂呼吸速率(R_C)的影响,以探讨局部海域CO₂酸化的底层海水在潮流或者风海流等因素的驱动下,脉冲式影响贝类栖息地时养殖贝类可能的响应。结果表明,菲律宾蛤仔在急性CO₂酸化条件下发生轻微的钙壳溶解和显著的呼吸抑制。CO₂酸化和菲律宾蛤仔的呼吸作用共同驱动钙壳溶解,溶解速率随Ω_文石下降而升高,G(μmol/(FWg·h))=0.14 × Ω_文石-0.49 (n=12, r=0.95, p<0.01)。活体菲律宾蛤仔钙壳保持稳定的Ω_文石临界值为3.5,而在Ω_文石=1.0的条件下,每天溶解的钙壳相当于贝壳总重的2‰。相较于钙壳溶解,Ω_文石改变对菲律宾蛤仔呼吸作用的影响更大,R_C(μmol/(FWg·h))=0.27 × Ω_文石+0.90 (n =12, r=0.82, p<0.01)。由于呼吸代谢决定了摄食等各种耗能行为的效率,因此本研究的结果表明,尽管菲律宾蛤仔可以通过摄食等自身调节机制来抵御造成钙壳溶解的环境胁迫,然而这一机制本身就可能受到酸化环境的不良影响。     

北部湾东北部春、夏季表层海水CO2分压的24 h变化及其调控机制研究

周日观测对掌握近海碳酸盐体系变化和海-气CO₂交换过程是必要的,有助于降低碳源汇评估的不确定性。针对北部湾东北部的英罗湾-安铺港海域,于2018年4月和8月利用24 h定点逐时采样观测了该区域表层海水碳酸盐体系及相关要素,分析了春、夏季的表层海水CO₂分压(p CO₂)24 h逐时变化规律及其调控因子。观测结果表明,春、夏季p CO₂变化范围分别为530～628μatm和427～748μatm,平均海-气CO2通量分别为(1.7±0.8)mmol/(m²·d)和(1.2±0.8)mmol/(m²·d),均表现为大气CO₂的弱源。其中春季p CO₂ 24 h逐时变化受温度的影响相比夏季更显著,而夏季p CO₂对潮汐作用以及区域内沿岸河流、地下水等淡水汇入引起的生物生产和呼吸代谢过程增强的响应更明显。海水升温主导了春季区域表层高p CO₂的形成,夏季咸淡水的物理混合过程中增...     

Distributions and air-sea fluxes of CO2 in the summer Bering Sea

The 3rd Chinese National Arctic Research Expedition(CHINARE–Arctic III) was carried out from July to September in 2008. The partial pressure of CO2(pCO2) in the atmosphere and in surface seawater were determined in the Bering Sea during July 11–27, 2008, and a large number of seawater samples were taken for total alkalinity(TA) and total dissolved inorganic carbon(DIC) analysis. The distributions of CO2 parameters in the Bering Sea and their controlling factors were discussed. The pCO2 values in surface seawater presented a drastic variation from 148 to 563 μatm(1 μatm = 1.013 25×10-1 Pa). The lowest pCO2 values were observed near the Bering Sea shelf break while the highest pCO2 existed at the western Bering Strait. The Bering Sea generally acts as a net sink for atmospheric CO2 in summer. The air-sea CO2 fluxes in the Bering Sea shelf, slope, and basin were estimated at-9.4,-16.3, and-5.1 mmol/(m2·d), respectively. The annual uptake of CO2 was about 34 Tg C in the Bering Sea.     

Increased light availability enhances tolerance against ocean acidification-related stress in the calcifying macroalga Halimeda opuntia

Although the adverse impacts of ocean acidification (OA) on marine calcifiers have been investigated extensively, the anti-stress capabilities regulated by increased light availability are unclear. Herein, the interactive effects of three light levels (30 μmol photons/(m2·s), 150 μmol photons/(m2·s), and 240 μmol photons/(m2·s) combined with two pCO₂ concentrations (400 ppmv and 1400 ppmv) on the physiological acclimation of the calcifying macroalga Halimeda opuntia were investigated using a pCO₂-light coupling experiment. The OA negatively influenced algal growth, calcification, photosynthesis, and other physiological performances in H. opuntia. The relative growth rate under elevated pCO₂ conditions significantly declined by 13.14%?41.29%, whereas net calcification rates decreased by nearly three-fold under OA conditions. Notably, increased light availability enhanced stress resistance through the accumulation of soluble organic molecules, especially soluble carbohydrate, soluble protein, and free amino acids, and in combination with metabolic enzyme-driven activities, OA stress was alleviated. The carotenoid content under low light conditions increased markedly, and the rapid light curve of the relative electron transport rate was enhanced significantly by increasing light intensities, indicating that this new organization of the photosynthetic machinery in H. opuntia accommodated light variations and elevated pCO₂ conditions. Thus, the enhanced metabolic performance of the calcifying macroalga H. opuntia mitigated OA-related stress.     

基于广义回归神经网络的全球表层海水1°×1°二氧化碳分压数据推演

表层海水二氧化碳分压是评估海洋碳源汇强度的关键参数，但其实测数据较少、时空分布极不均匀，导致二氧化碳交换通量的估算有很大的不确定性，海洋源汇特征就不能确切获取。为了解决这个难题，在收集的表层大洋二氧化碳地图(Surface Ocean CO₂ Atlas，SOCAT)实测数据集基础上，运用广义回归神经网络建立二氧化碳分压与经纬度、时间、温度、盐度和叶绿素浓度间的非线性关系，构建了1998?2018年间全球1°×1°经纬度的表层海水二氧化碳分压格点数据，其标准误差为16.93 μatm，平均相对误差为2.97%，优于现有研究中的前反馈神经网络、自组织映射神经网络和机器学习算法等方法。根据构建的数据所绘制的全球表层海水二氧化碳分压的分布与现有研究有较好的一致性。     

再探温跃层有孔虫B/Ca与温度和[CO32-]的依赖性及其在24 ka以来热带西太平洋次表层碳酸盐系统重建中的应用

The B/Ca ratio of planktonic foraminifer shells has been used as a proxy for reconstructing past ocean carbonate chemistry. However, recent studies have revealed significant uncertainties associated with this proxy, such as whether seawater temperature or [ CO_3~(2-)] is the dominant control on the partition coefficient(K_D) of planktonic foraminiferal B/Ca. To address these uncertainties and thus improve our understanding of the planktonic foraminiferal B/Ca proxy, we analysed B/Ca ratios in the tests of Neogloboquadrina dutertrei(300–355 μm) and Pulleniatina obliquiloculata(355–400 μm) in surface sediment samples from the tropical western Pacific and South China Sea. The relationship between these B/Ca ratios and bottom water calcite saturation states(Δ[ CO_3~(2-)]) is weak, thus suggesting only a small dissolution effect on the B/Ca of the two species. The correlation coefficients(R~2) between the B/Ca ratios of N. dutertrei and P. obliquiloculata and environmental parameters(e.g., temperature, salinity, phosphate, DIC and ALK) in the tropical western Pacific and South China Sea are not high enough to justify using B/Ca ratios as a palaeoenvironmental proxy in the study areas. The significant correlation between K_D values of N. dutertrei and P. obliquiloculata and carbonate system parameters(e.g.,[ CO_3~(2-)], DIC, ALK, pH and [ HCO_3~-]) in the study area reflect chemical links between the K_D denominator and these variables. Based on our surface sediment calibration, an empirical relationship between the K_D of N.dutertrei and temperature is proposed in the tropical western Pacific. We also generated a record of B/Ca ratios in N. dutertrei(300–355 μm) from Core MD06-3052 in the tropical western Pacific over the past 24 ka to evaluate the application of the revised B/Ca proxy method. Based on the reconstructed empirical relationship for B/Ca and subsurface seawater ALK, we estimated subsurface seawater carbonate system parameters in the tropical western Pacific since 24 ka. In general, the estimated subsurface seawater pH and [ CO_3~(2-)] show an increase with time, and the record of subsurface seawater pCO_2 shows a decrease with time, in the tropical western Pacific over the past 24 ka. The consistent trends in subsurface seawater pCO_2 and opal flux during deglaciation may imply that the reported increase in subsurface water pCO_2 in the study area was promoted by enhanced upwelling in the Southern Ocean.     

光强和二氧化碳浓度变化对浒苔幼苗生长及生理的影响

大气CO2浓度升高引起的海洋酸化如何在光变环境下影响大型海藻固碳量的问题,关系到未来海洋初级生产力的变化趋势。为研究大型海藻对CO2浓度升高和光强变化的响应,本文选取浒苔(Ulva prolifera)幼苗为实验材料,探讨其在不同光强下[80、260μmol/(m2·s)]和两种CO2浓度(正常CO2浓度:400μL/L和高CO2浓度:1 000μL/L)下的生理变化。研究发现,在正常CO2浓度、高光条件下,浒苔幼苗的生长最快,超氧化物特化酶(SOD)活性最高,而过氧化氢酶(CAT)活性在低光、高CO2处理下有最大值。光合色素含量和光系统Ⅱ的光化学效率在不同处理间没有显著性差异,但叶绿素a与类胡萝卜素的比值在低光正常CO2处理下有最大值。同时,高光高CO2处理下,浒苔幼苗的可溶性蛋白含量最低。