大风事件对长江口及邻近海域海-气CO2通量的影响

依托2017年8月23日至2017年9月6日在长江口及邻近海域连续走航测得的二氧化碳分压(pCO₂)值,结合温度、盐度、溶解氧等数据,阐述该海域pCO₂的分布特征,并利用一次大风事件前后一个断面的重复观测数据,讨论天气事件对长江口海-气CO₂通量的影响。夏季长江口及邻近海域表层海水pCO₂范围为145~929 μatm,总体呈近岸高远岸低的分布特征,在受长江冲淡水影响的区域,海表pCO₂较低,整体表现为大气CO₂的汇。大风事件(最大风速达9.7 m·s^-1)加强了水体的垂直混合,导致近岸区域从大气CO₂的弱源变为强源(CO₂通量从0.2±1.9上升到 55.0±12.4 mmol·m^-2·d^-1),而远岸区域的碳汇略有加强(CO₂通量从-12.7±2.3变为-16.8±2.5 mmol·m^-2·d^-1)。因此,在估算东海海-气CO₂通量时,台风、冷空气等短时间尺度天气事件的影响也不容忽视。     

基于航次观测和再分析资料的南海海表二氧化碳分压反演及变化机制分析*

海表二氧化碳分压(pCO₂)是指海洋表层水和大气之间的二氧化碳(CO₂)交换处于动态平衡时CO₂的含量, 是描述海-气CO₂交换的一个主要因子。本文利用2008—2014年覆盖南海大部分海域的海表pCO₂观测资料, 结合现场海表温度和海表盐度以及卫星观测的叶绿素a数据, 构建了基于多元线性回归方法的分区域反演模型。模型在水深浅于30m的区域均方根误差为5.3μatm, 其余海区均方根误差为10.8μatm, 与前人基于个别航次的有限区域反演结果的均方根误差相当。利用该模型公式和HYbrid Coordinate Ocean Model(HYCOM)再分析海表温、盐数据及MODIS-Aqua卫星观测的叶绿素a数据进行反演, 得到了时空分辨率为5'×5'的2004—2016年的逐月南海海表pCO₂数据。该数据能较好地反映南海海表pCO₂在海表温度影响下, 春夏高、秋冬低的季节变化特征, 与前人基于航次观测的研究结果相似, 表明反演模型具有较高的可信度。进一步分析发现, 南海及邻近海域平均海表pCO₂具有显著的准十年振荡特征: 2012年附近出现了极小值, 之前表现为降低的趋势, 之后略有升高的趋势。受海表pCO₂的影响, 南海海盆平均海-气CO₂通量在2012年之前出现了显著降低的趋势, 表明南海释放到大气中的CO₂减少, 并在2007年之后的冬季出现了负值(从碳源变为碳汇), 2012年之后变化较为平缓。热带太平洋年代际振荡引起的南海区域海表盐度变化是造成海表pCO₂及海-气CO₂通量准十年变化的主要原因。分区分析的结果表明, 南海北部海表pCO₂变化最为显著, 在南海海表pCO₂的季节和准十年变化中都起到非常重要的作用。     

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(p CO₂)时空变化及其影响因子。2011年和2014年夏季p CO₂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p CO₂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p CO₂,而且受其影响,西口口门附近叶绿素a和溶解氧含量陡增,p CO₂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,p CO₂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...     

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...     

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...     

珠江口海域a_g(440)遥感模式研究及应用

有色可溶性有机物质(Coloured Dissolved Organic Matter,CDOM)直接影响着海水的光学性质,为水体有机污染物含量遥感反演的基础参数之一。在水色遥感研究领域,一般用440nm波长位置的吸收系数ag(440)来表示其浓度,因而建立ag(440)遥感反演模式,对于掌握相关海域CDOM浓度的空间变化规律及进一步提取其他水环境参数具有重要的作用。利用2013年11月和2014年2月两个航次在珠江口海域现场采集的表观光学量及固有光学量数据,建立了基于HJ-1/CCD卫星传感器的ag(440)遥感反演模型,并应用于珠江口海域,得到该区域2012年1月至2014年6月晴天CDOM浓度空间动态分布图。研究结果表明:(1)现场测定的珠江口海域ag(440)在0.1~0.3m-1,且不同断面ag(440)呈现出一定的规律性变化;(2)利用现场实测数据对遥感模式估算值进行验证,计算出估算值的相对误差为9%,表明所建立模式具有较高的准确率;(3)遥感反演的CDOM空间分布数据与实测数据得到的分布特征基本吻合,整个珠江口及其邻近海域ag(440)的数值范围为0.07~0.31m-1,而且珠江口西部海域ag(440)高于中部和东部海域。     

珠江口海域主导光学因子的遥感分类及其变化特征

基于2014年5月和8月珠江口海域的现场和实验测量数据,分析了光学因子和生态参数的动态变化特征,并找出该海域的主导光学因子;基于模拟的MODIS数据,构建了水体组分特征波长处吸收系数的遥感反演模型,并结合MODIS卫星遥感影像,依据IOCCG规则对主导光学因子进行遥感分类,揭示了珠江口海域2014年逐月水体主导光学因子的动态变化特征。结果表明,珠江口海域水体以a_d、a_g以及两种共同主导类型为主,并且a_g、a_d两种光学因子主导类型所占比例最大,其次是a_g主导类型,a_d主导类型所占比例最小。同时发现a_d（442）、a_dg（442）均与无机悬浮物浓度有较好的正相关关系,说明CDOM和悬浮泥沙具有相似的来源和动力变化过程。     

基于浮标观测的春季青岛近岸海水pCO2变化及海-气CO2通量研究

利用海-气界面浮标观测得到的高频数据,分析了春季青岛近岸海域海表二氧化碳分压(pCO₂)的变化规律及驱动因素,并对海-气CO₂通量进行了估算。观测期间该海域由大气的碳汇转变为碳源,主要是由海表pCO₂的不断增长所致。对海表pCO₂控制因素进行分析,发现温度升高是pCO₂增长的主要驱动因素,生物过程起到一定的抑制作用。海表pCO₂呈现出日变化特征,温度和生物因素对海表pCO₂日变化的作用均与太阳辐射相关,但两者的作用相反。此外,分析发现浮标的不同采样频率会对海-气CO₂通量估算产生影响,缩短采样间隔能有效降低海-气CO₂通量估算的偏差,提高估算的准确性。     

基于高光谱数据的珠江口表层水体悬浮泥沙遥感反演模式

利用2006年12月4日珠江口海域实测的高光谱遥感反射率数据及悬浮泥沙质量浓度数据,进行了该海域表层水体悬浮泥沙遥感反演模式的研究。研究结果表明,悬浮泥沙质量浓度与Rrs(λ1)/Rr s(λ2)-Rrs(λ1)/Rrs(λ3)的相关性较好,其中Rrs(λ)代表遥感反射率,λ代表波长,λ1=762.6 nm,λ2=559.09 nm,λ3=772.78 nm,建立了悬浮泥沙质量浓度定量遥感反演模式,该模式的均方根误差为4.67 mg/L,可以用于珠江口海域的悬浮泥沙质量浓度的遥感监测。     

考洲洋牡蛎养殖海域海-气界面CO2交换通量的时空变化

根据2018年7月、11月和2019年1月、4月对广东考洲洋牡蛎养殖海域进行4个季节调查获得的p H、溶解无机碳(DIC)、水温、盐度、溶解氧(DO)及叶绿素a(Chla)等数据,估算该区域表层海水溶解无机碳体系各分量的浓度、初级生产力(PP)、表层海水CO₂分压[p(CO₂)]和海-气界面CO₂交换通量(FCO₂),分析牡蛎养殖活动对养殖区碳循环的影响。结果表明:牡蛎养殖区表层海水中Chl a、DIC、HCO₃^–和PP显著低于非养殖区;养殖淡季表层海水中pH、DO、DIC、HCO₃^–、和CO₃^2–显著大于养殖旺季,养殖旺季的p(CO₂)和FCO₂显著大于养殖淡季。牡蛎养殖区表层海水夏季、秋季、冬季和春季的海-气界面CO₂交换通量FCO₂平均值分别是(42.04±9.56)、(276...     

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。     

长江口及邻近海域表层海水硅酸盐混合模式的初步研究

根据2006年7月—2007年12月,对长江口及邻近海域春、夏、秋和冬季4个航次的现场调查数据,对硅酸盐(SiO₃-Si)在长江口及邻近海域表层海水的混合模式及影响因素进行初步探讨。结果表明:(1)该海域表层海水SiO₃-Si浓度四季均与盐度(S)相关性较好,秋、冬季稀释模式与理论稀释线(TDL)相符,春、夏季因生物作用、悬浮颗粒物解析和沉积物再溶作用的影响,稀释模式与TDL线存在差异。(2)长江口及邻近海域S<18海域,表层海水四季SiO₃-Si浓度随温度升高略有上升,可能是由于悬浮颗粒物中SiO₃-Si的解析量和沉积物的再溶增加;pH值为7.7~7.9时,SiO₃-Si浓度基本不变,pH值为7.9~8.2时SiO₃-Si浓度随pH升高而降低,主要受物理混合作用影响;SiO₃-Si浓度与溶解氧(DO)含量无明显相关关系。(3)长江口及邻近海域S>18海域表层海水,长江口和杭州湾SiO₃-Si含量相对较高,除上述2个高硅区域外,四季在5~32 ℃温度范围内,SiO₃-Si浓度均低于20 μmol/L,且相差不大;春、夏季受生物作用和物理混合作用共同影响,秋、冬季受物理混合作用影响,pH值为7.9~8.3时SiO₃-Si浓度随pH升高逐渐降低,pH大于8.3时SiO₃-Si浓度基本不变;春、夏季主要受生物作用影响,SiO₃-Si浓度与DO含量呈负相关,秋、冬季因物理混合作用影响呈正相关。     

夏季长江口无机氮的加入与转移 偏移理论稀释曲线的解释

利用2006年夏季长江口调查数据分析了长江口海域硝酸盐(NO3-)、亚硝酸盐(NO2-)、铵盐(NH4+)大面分布,NO3-浓度呈近岸高、外海低的特征,NO2-和NH4+浓度在上海市排污口位置有高值区并向外扩散。NO3-,NH4+浓度总体上符合咸淡水混合之稀释效应,与盐度的相关系数(r2)分别为0.815,0.255,呈保守行为,而NO2-浓度与盐度的相关性系数为0.074,呈非保守行为。在确定了淡水端元和咸水端元的基础上,做出理论稀释曲线TDL(theoretical dilution line),由于上海市污染物的输入,淡水端元NO3-,NO2-,NH4+浓度不同程度地正偏于TDL,在外海深层水范围内有机颗粒矿化再生亦呈加入态势。对应高溶解氧的盐度羽状峰处,由于真光层初级生产较强,表层NO3-浓度负偏于TDL约1~19μmol/dm3,NO2-,NH4+浓度也存在不同程度的减小。在长江口最大浑浊带附近,由于高浓度悬浮物吸附NH4+而呈现明显的迁出机制。外海表层海水三氮营养盐浓度数据点偏离TDL程度较小,但在底层由于来自上层的有机颗粒耗氧分解而再生出营养盐,使NO3-,NO2-,NH4+浓度数据一般在TDL之上。     

2019年夏末长江口及其邻近海域走航pCO2变化及控制机制

利用2019年8月获得的长江口及其邻近海域表层海水pCO2的走航观测数据,结合温度、盐度、溶解氧等理化参数,初步探讨了该区域夏末表层海水pCO2的空间分布特点及控制因素.研究结果显示,整体上pCO2呈现近岸高而离岸低的特点,其中在长江冲淡水的中盐度区域出现了一个pCO2的极低值区.去除温度的影响,温度归一化后的pCO2...     

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1553...     

Vertical structure of tidal currents in the Xuliujing Section of Changjiang River Estuary

Three long-term fixed acoustic Doppler current profilers were first used for investigating the vertical structure of tidal currents in Xuliujing Section of Changjiang River Estuary. Moreover, three different periods(spring, summer and fall) were also considered for investigating seasonal variations. The semi-diurnal tides were the most energetic, with along-channel speed of up to 80 cm/s for M₂ constituent, which dominates at all stations with percent energy up to 65%–75% during seaso...