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。     

东海2012年夏季海-气界面碳交换及其区域碳汇强度变化趋势初探

基于2012年7月对东海的调查,剖析了其水体中各形态碳(pCO2、DIC、DOC、POC)的区域分布特征,估算了海-气界面CO2的交换通量(FCO2),探讨了影响其交换的主要因素,在此基础上,结合历史资料初步分析了近十几年来该海域海-气界面CO2交换通量的变化趋势。结果表明,2012年7月长江口邻近海域相对南部陆架区具有较低的DIC浓度,而DOC与POC的浓度相对较高。调查区域表层水pCO2变化范围为96.28~577.7μatm(1atm为101 325Pa),平均值为297.6μatm,低值区出现在长江冲淡水区(30°~33°N,123°~125°E),高值区主要分布在东海陆架的南部区域。表层水pCO2主要受控于长江冲淡水的输入和混合(盐度)、台湾暖流以及生物生产等。调查海域2012年7月海-气FCO2平均为(-6.410±7.486)mmol/(m2·d),表现东海在夏季是大气CO2的汇区,区域碳汇强度由强到弱依次为:长江冲淡水区(CDW)、黄东海混合水区(YEMW)、陆架咸淡水混合区(SMW)、近岸上升流区(CUW)和台湾暖流区(TWCW),东海夏季每日吸收大气CO2(以C计)约(18.3±19.8)kt。结合历史资料分析发现,近十几年来东海夏季碳汇强度有增强趋势,CDW区的海-气界面CO2通量平均年增速为-0.814mmol/(m2·d),即海水吸收大气二氧化碳每年增加约54.6kt,是夏季东海碳汇增加的最主要贡献者。     

海水酸化和碱化对斑点海链藻光合生理特性的影响

大气CO₂浓度升高引起的海洋酸化可能对浮游植物造成不同程度的影响。而近海浮游植物不仅面临着海水酸化问题，还会受到海水溶解性CO₂降低及pH升高(海水碱化)的影响。本实验以斑点海链藻(Thalassiosira punctigera)为研究对象，测定7个不同pCO₂水平(25 μatm、50 μatm、100 μatm、200 μatm、400 μatm、800 μatm、1 600 μatm)下的生长、光合作用和呼吸作用速率、细胞粒径、叶绿素a和生物硅含量以及叶绿素荧光等参数。结果表明，与400 μatm相比，在海水酸化(pCO₂ > 400 μatm)和海水碱化(pCO₂ < 400 μatm) 条件下，斑点海链藻的生长速率和叶绿素a含量都显著降低，但是碱化条件下降低的程度更大。此外，碱化处理的藻细胞光合作用速率、最大量子产量(Fv/Fm)和最大相对电子传递速率(rETR_max)都显著低于400 μatm培养下的细胞，而呼吸作用速率显著升高，但是生物硅含量和细胞大小无明显变化。研究表明海水碱化和海水酸化均会抑制其生理活动，而且海水碱化对其影响更显著。这表明正常pCO₂生长下的藻细胞具有最适的生理状态。本研究可为探究海水碳酸盐系统变化对海洋初级生产力的影响提供一定的数据支持。     

南海北部春季非水华期的CO_2分压及其调控

针对南海北部和吕宋海峡附近海域的海-气CO2通量及其调控问题,研究了2009年3月底至4月中旬在这些海域通过走航观测的方法取得的海-气CO2分压和海表温度、盐度等相关数据。结果表明,在河口、沿岸流以外的南海北部开阔海域,与大气平衡的CO2分压分布在368~380μatm,南低北高,平均值为371μatm;而海表CO2分压分布在293~405μatm,南高北低。南海北部开阔海域的海表CO2分压主要受温度效应调控,也在一定程度上受水团混合、海-气交换、生物活动等非温度效应的影响。在相同水温条件下,黑潮区的海表CO2分压比南海北部的海表CO2分压低。本研究和大多数前人研究的结果都表明,南海北部海盆区域和吕宋海峡西侧海域在春季与大气CO2接近源汇平衡,而非大气CO2的显著源区。     

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...     

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。     

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.     

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。     

白令海BR断面海-气CO2通量及其参数特征

通过对2008年夏季白令海大气和海水pCO2连续观测资料,结合BR断面上站位水体垂直采样测量,对白令海不同海区pCO2的分布特征及其与理化参数的关系进行了初步研究,结果表明,将白令海划分为4个具有不同CO2吸收能力的海区,其中陆坡流区碳通量高达-18.72 mmol/(m2·d),是海盆北区的近2倍,比海盆南区高一个量...     

Spatial variability in the partial pressures of CO2 in the northern Bering and Chukchi seas

In the summers of 1999 and 2003, the 1st and 2nd Chinese National Arctic Research Expeditions measured the partial pressure of CO₂ in the air and surface waters (pCO₂) of the Bering Sea and the western Arctic Ocean. The lowest pCO₂ values were found in continental shelf waters, increased values over the Bering Sea shelf slope, and the highest values in the waters of the Bering Abyssal Plain (BAP) and the Canadian Basin. These differences arise from a combination of various source waters, biological uptake, and seasonal warming. The Chukchi Sea was found to be a carbon dioxide sink, a result of the increased open water due to rapid sea-ice melting, high primary production over the shelf and in marginal ice zones (MIZ), and transport of low pCO₂ waters from the Bering Sea. As a consequence of differences in inflow water masses, relatively low pCO₂ concentrations occurred in the Anadyr waters that dominate the western Bering Strait, and relatively high values in the waters of the Alaskan Coastal Current (ACC) in the eastern strait. The generally lower pCO₂ values found in mid-August compared to at the end of July in the Bering Strait region (66–69°N) are attributed to the presence of phytoplankton blooms. In August, higher pCO₂ than in July between 68.5 and 69°N along 169°W was associated with higher sea-surface temperatures (SST), possibly as an influence of the ACC. In August in the MIZ, pCO₂ was observed to increase along with the temperature, indicating that SST plays an important role when the pack ice melts and recedes.     

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。     

The concentration of total dissolved CO2 in surface water in ENSO event——The results of investigation during TOGA expeditions

ＴｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｔｏｔａｌｄｉｓｓｏｌｖｅｄＣＯ_２ｉｎｓｕｒｆａｃｅｗａｔｅｒｉｎＥＮＳＯｅｖｅｎｔ──ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇＴＯＧＡｅｘｐｅｄｉｔｉｏｎｓ￥ＭａＬｉｍｉｎｇ；ＺｈａｎｇＢ?..     

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。     

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。     

Dynamics analysis for flux of carbon dioxide across seasurface

Ｄｙｎａｍｉｃｓ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｆｏｒ　ｆｌｕｘ　ｏｆ　ｃａｒｂｏｎ　ｄｉｏｘｉｄｅ　ａｃｒｏｓｓ　ｓｅａｓｕｒｆａｃｅＺｈａｎｇＨｕａｉａｎｄＳｕｎＦｕＡｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅＣＯ２ｅｘｃｈａｎｇｅｂｅｔｗｅｅｎａｔｍｏｓｐｈｅｒｅａｎｄｓｅａ...     

CO2 exchange at air-sea interface in the Huanghai Sea

INTRODUCTIONTheroleoftheoceaniscrucialintheoverallcycleofCOZ,withitsspecialpumpingmechanismssuchassolubilitypumpingattheair-seainterfacewithcarbonatechemistry,biologicalpumpinginsurfacewatersandalsointhewatercolumn,anddynamicpumpingassociatedwithoceancirculation(BroeckerandPeng,1982).Inordertounderstandthesevariouspumpingprocessesintheocean,muchresearchhasbeencarriedoutonaglobalscaleasapartofeffortstounderstandtheglobalgeochemicalcycleofCOZ.TheHuanghaiSea,atypicalmid-latitudeepicontine…     

Unveiling controls of the latitudinal gradient of surface pCO2 in the Kuroshio Extension and its recirculation regions（northwestern North Pacific） in late spring

In the northwestern North Pacific, annual net air-sea CO₂ flux is greatest in the Kuroshio Extension（KE） zone,owing to its low annual mean partial pressure of CO₂（pCO₂）, and it decreases southward across the basin. To quantify the influences of factors controlling the latitudinal gradient in CO₂ uptake, sea surface pCO₂ and related parameters were investigated in late spring of 2018 in a study spanning the KE, Kuroshio Recirculation（KR）, and...     

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。     

2008年夏季加拿大海盆净二氧化碳吸收量评估

The third Chinese National Arctic Research Expedition(CHINARE) was conducted in the summer of 2008.During the survey,the surface seawater partial pressure of CO_2(pCO_2) was measured,and sea water samples were collected for CO_2 measurement in the Canada Basin.The distribution of pCO_2 in the Canada Basin was determined,the influencing factors were addressed,and the air-sea CO_2 flux in the Canada Basin was evaluated.The Canada Basin was divided into three regions:the ice-free zone(south of 77°N),the partially ice-covered zone(77°–80°N),and the heavily ice-covered zone(north of 80°N).In the ice-free zone,pCO_2 was high(320 to 368μatm,1 μatm=0.101 325 Pa),primarily due to rapid equilibration with atmospheric CO_2 over a short time.In the partially ice-covered zone,the surface pCO_2 was relatively low(250 to 270 μatm) due to ice-edge blooms and icemelt water dilution.In the heavily ice-covered zone,the seawater pCO_2 varied between 270 and 300 μatm due to biological CO_2 removal,the transportation of low pCO_2 water northward,and heavy ice cover.The surface seawater pCO_2 during the survey was undersaturated with respect to the atmosphere in the Canada Basin,and it was a net sink for atmospheric CO_2.The summertime net CO_2 uptake of the ice-free zone,the partially ice-covered zone and the heavily ice-covered zone was(4.14±1.08),(1.79±0.19),and(0.57±0.03) Tg/a(calculated by carbon,1Tg=10~(12) g),respectively.Overall,the net CO_2 sink of the Canada Basin in the summer of 2008 was(6.5±1.3) Tg/a,which accounted for 4%–10% of the Arctic Ocean CO_2 sink.     

海浪对北太平洋海-气二氧化碳通量的影响

利用4种海-气界面气体传输速率公式对比研究了北太平洋气体传输速率及其CO₂通量的季节变化特征。与单纯依赖风速的算法相比, 考虑波浪影响的气体传输速率和CO₂通量在空间分布和季节变化上具有明显差异。在低纬度地区(0°～30°N), 波浪参数使气体传输速率下降, 海洋对大气CO₂的吸收减少, 而在30°N以北范围内则出现新的气体传输速率高值区, 海洋对大气的吸收增加。进一步研究了黑潮延伸体区域的气候态月平均气体传输速率和CO₂通量。结果表明, 该区域气体传输速率和CO₂通量最大值分别出现于冬季和春季, 引入波浪参数后, 虽然该区域气体传输速率和CO₂通量平均值没有明显差异, 但季节变化强度显著增强。