全球海洋与大气界面的熵通量估算

给出并讨论了海洋系统中由于热量交换、物质交换以及外力做功引起的熵通量的表达式;同时,根据新近调整的全球海 气界面的气候平均资料,估计了全球海洋与大气界面气候年平均的熵通量(熵流),这一熵通量主要取决于海 气界面的热量和物质交换的空间不均匀性。计算结果显示,由热量交换分量引起的熵通量对海洋系统的总熵通量起到主要的贡献作用,其值约为-555.6mW·(m2·K)-1;由海表风应力做功引起的熵通量相对较小,约为-0.09mW·(m2·K)-1;由物质交换引起的熵通量最小,仅为-0.02mW·(m2·K)-1。总的来说,海洋系统从外界获得的总熵通量为-555.7mW·(m2·K)-1,这也就意味着在气候平均定态下,海洋系统内部的熵产生在量值上等于系统的熵交换,即为555.7mW·(m2·K)-1。海洋系统的负熵流与其内部的各种不可逆过程引起的熵产生取得平衡,确保了全球海洋系统处于非平衡热力学定态,并维持着海洋系统中各种尺度的时 空有序现象的消长过程。     

二氧化碳,海洋与气候

文章讨论了由于大气中CO_2浓度的增加所产生的“温室效应”和海洋与CO_2之间的相互作用。已有的研究表明,自从工业革命以来,大气中CO_2浓度已由290ppmv增至340ppmv左右,并且目前人类每年大约向大气输送180×10~8t的CO_2,大气的平均温度以0.1—0.5℃/10α的速度增加。据估计,截止本世纪末地球大气的平均温度将升高3±1.5℃。这种现象对地球的环境生态将产生明显的影响。海洋是碳的巨大贮存所(约390×10~11t溶解碳),海洋能够吸收和释放CO_2;CO_2在海洋的穿透深度为700m。已有的研究结果表明,CO_2在海洋和大气之间处于不平衡状态。本文提出,是否可以通过研究CO_2在大气与海洋之间的相互作用,海洋吸收、贮存和转移CO_2的能力来了解碳在海洋中的转移通道和大气中CO_2浓度的变化倾向,从而预测世界范围内气候的变化趋势,并初步予以探讨。     

海?气界面气体交换速率与二氧化碳气体通量的估算

海?气界面CO₂通量的估算采用块体公式,其等于气体交换速率、CO₂溶解度以及海水与大气的CO₂分压差的乘积,其中的气体交换速率通常与风速相联系,不同作者提出了气体交换速率为风速不同幂次多项式的参数化方案。本文对比了气体交换速率为风速函数的主要研究结果,发现与风速多项式的依赖关系相比,观测数据所基于的观测方法对于气体交换速率的影响更大。在此基础上,本文用多种不同的气体交换速率参数化公式计算了1982?2018年全球的CO₂通量,海洋整体上是大气CO₂的汇,赤道海区是源,南北半球40°附近的海域构成沿纬向的强吸收带。37 a间,海洋CO₂通量的年平均值(以碳计)为(?1.53±0.15) Pg/a, 1999年前,海洋吸收量逐年减小,1999年达到最小值,之后海洋吸收量开始增大,海洋吸收量的增大主要发生在南大洋。     

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。     

全球海洋碳循环三维数值模拟研究

基于海洋环流模式POP和生物地球化学模型OCMIP-2,建立了全球海洋碳循环模式,并用于对全球海洋碳循环的模拟研究。该模式在大气CO₂为283×10-6条件下,积分3 100 a,达到工业革命前的平衡态。在此基础上,用历史时期观测的大气CO₂浓度进行强迫,模拟了历史时期的海洋碳循环。模拟的无机碳浓度、总碱度与基于观测得到的结果基本一致,模式能够较好地模拟全球碳循环过程。模拟结果表明,在北半球中高纬度和南半球的中纬度,海洋是大气CO₂的主要汇区;在赤道南北纬20°之间和南大洋50°S以南,海洋表现为大气CO₂的源区。在1980s海洋吸收CO₂速率(以C计)为1.38 Pg/a,1990s为1.55 Pg/a。海洋中人为碳在北大西洋含量最大,向下到达海底并向南输运到30°N附近;在南极附近,浓度较小,深度达到3 000 m;在中纬度,人为碳被限制在温跃层以上。     

气候变化背景下海-气CO_2通量获取方法综述

综述了国内外海-气CO2通量测量和估算方法的研究进展,对各方法的原理、应用及优缺点做了简要介绍,着重介绍了海洋碳循环数值模式的研究现状、原理方法等,并对海-气CO2通量研究的发展趋势作了展望。     

极区通量观测系统及其在国际极地年(IPY)全球协同观测中的应用

本文对极区通量观测系统作了介绍,在国际极地年(IPY)全球协同观测中,极区通量观测系统在南极中山站进行了连续14个月的观测。结果表明,中山站年净辐射通量为12.9 W/m2。感热通量夏半年(10～2月)为正值,冬半年(3～9月)为负值,年平均1.9 W/m2。潜热通量全年都为正值,年平均11.2 W/m2。总体而言,地表通过净辐射获得热能,又通过感热和潜热方式向大气输送。观测得到的CO2通量全为负值,年平均为-0.031 mg/m2,表明南极中山站是CO2汇。     

南印度洋海—气二氧化碳分压差及其通量

本文研究了第八次中国南极科学考察中在普里兹湾附近的南印度洋考察区所观测到的海-气二氧化碳分压资料,结果表明：研究区海-气二氧化碳分压差值Δp在—24.5～2.4Pa之间,平均为—3.8lPa,除西北部有一小块狭长的Δp＞0的区域外,其余部分Δp＜0,因此,总体上研究区海域是大气二氧化碳的汇区,其碳通量平均为－310．0mg／（m2·d）,在南极的夏半年,约能吸收1Gt的大气CO2。在研究区83°E以西海域,Δp大致是西北高东南低、普里兹湾最低的分布趋势,在此线以东,则呈块状分布。研究区的Δp与环流、水温、磷酸盐和叶绿素a的分布有很好的相关性。     

海洋酸化及国际研究动态

全球海洋酸化是对海洋生态系统的最大威胁之一,其对海洋健康的影响已逐渐显示出来,引起世界主要沿海国家和国际组织的高度重视,美国、英国、德国、日本、澳大利亚、韩国等国家纷纷制定海洋酸化问题研究计划,研究应对海洋酸化和保护海洋生态环境的对策.有关国际组织召开海洋酸化问题国际研讨会,协调沿海国家的行动,提高行动的功效,全力以赴...     

高浓度CO2对条浒苔(Enteromorpha clathrata)生长和一些生理生化特征的影响

本试验利用CO2培养箱，通过不同CO2浓度的空气通气培养，研究高浓度CO2对条浒苔（Enteromorpha clathrata）生长、光合作用及有关生理生化特征的影响。高浓度CO2使得海水中的溶解性无机碳浓度增加，而pH值下降。700μL/L和5000μL/L的CO2浓度培养条件使条浒苔的相对生长速率分别提高了12％和23％。而光合能力均下降25％。5000μL/L的CO2浓度使得条浒苔光合作用光补偿点及无机碳补偿点提高；同时，条浒苔的叶绿素含量及可溶性蛋白含量下降，而可溶性碳水化合物含量增加；另外，条浒苔对NO3的吸收速度增加，而硝酸还原酶活性则下降。700μL/L的CO2浓度比5000μL/L的CO2浓度对这些指标的影响较小。     

Comparison of airsea fluxes of CO2 in the Southern Ocean and the western Arctic Ocean

The data were collected during Chinese Arctic and Antarctic Expeditions in the western Arctic Ocean and the marginal sea ice zone (MSIZ) of the Southern Ocean, respectively in the boreal summer from July to September of 1999 and in the austral summer from December of 1999 to January of 2000. The concentrations of CO2 in surface water of the survey regions would mostly present lower than those in the atmosphere. A significant biological driving force could also been observed in summer waters in both of the above oceans. Air to sea CO2 fluxes were also calculated to compare oceanic uptake capacity of CO2 in both oceans with the world oceans using Liss, Wanninkhof, and Jacobs‘s methods. The averaged CO2 fluxes of air to sea in the western Arctic Ocean or in the MSIZ of the Southern Ocean doubled that in the world oceans.     

Methods for Observation Data Assimilation in Problems of Physics of Atmosphere and Ocean

Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics - This paper presents a review and analysis of approaches to data assimilation in problems of geophysical hydrodynamics, from the simplest sequential...     

黄河河流水体二氧化碳分压及其影响因素分析

根据2003年秋季黄河河流水体二氧化碳分压(p(CO2))的实测数据，结合水文、化学和生物等要素的同步观测资料，对河流水体p(CO2)的影响因素进行了探讨。研究结果表明：生物好氧呼吸作用不是影响河流水体p(CO2)的主要因素，黄河河流p(CO2)的高低主要受水体碳酸盐系统的控制。     

截然不同的3个天然气水合物区域通过海底的CH4通量:对大洋和大洋化学的影响

在全球甲烷储库中甲烷水合物的作用缺乏充分的评估,因为人们对甲烷通过海底表面进入大洋和大气过程中的搬运以及在水柱中作为营养剂消耗的程度所知甚少。在3个截然不同的气体水合物环境中,在甲烷羽中或其附近采集孔隙流体和水柱样品,分析甲烷、溶解有机碳（DIC）、硫化物/硫酸盐、     

胶州湾秋季表层海水pCO_2分布及水-气界面通量

根据2007年11月31日在胶州湾走航连续观测所得pCO2数据,结合水文、化学和生物等要素的同步观测资料,对胶州湾海域pCO2分布及其影响因素进行了探讨。结果表明:秋季胶州湾表层海水pCO2实测值在315~720μatm之间,平均值为423μatm。东部海域由于有机物降解及李村河水输入的影响表现为大气CO2的源;西部海域由于浮游植物活动的影响为大气CO2的弱汇区;湾中部水交换较好的海域,浮游植物活动和有机物降解共同影响着pCO2的分布。总体来说,秋季胶州湾表现为大气CO2的弱源,海-气界面CO2交换速率在-5.94~23.15 mmol.m-2.d-1之间,平均值为2.87 mmol.m-2.d-1,由此可估算出秋季胶州湾可向大气释放940.74 tC。     

海洋波浪观测技术综述

波浪观测是海洋观测的主要内容之一。其观测手段众多,主要有人工测波、仪器测波和遥感反演测波等方式。观测者需要根据实际情况选择适合的观测方法才能获得理想的观测资料。从实际应用出发对这些测波方法的原理、特点和典型设备等进行介绍,在此基础上对比各自的性能参数,分析优缺点和在应用中常见的问题,并针对这些问题提出几点建议:需要加紧研制观测仪器和配套设施,完善相关标准,并制定观测设备安全保护机制,以提高国内波浪观测的技术水平。     

缓蚀剂浓度对饱和CO2盐溶液中咪唑啉缓蚀剂膜的影响

咪唑啉及其衍生物是油田行业常用的耐二氧化碳腐蚀的缓蚀剂,其缓蚀机制主要是化学吸附作用。本文采用失重法、弱极化法、交流阻抗法等手段研究了1种新型咪唑啉缓蚀剂对Q235钢在饱和CO2盐溶液中不同浓度随时间的缓蚀行为变化,探讨了吸附膜的形成与衰减规律。结果表明:85℃存在极值浓度40 mg.L-1,此时缓蚀剂达到最佳状态,24 h即可成膜,膜寿命较长,可以维持至少120 h。