河流入海物质通量对海、陆环境变化的响应

入海河流物质通量研究是陆—海相互作用和全球海洋通量联合研究计划的重要命题。我国是最早开展物质通量研究的国家之一。自20世纪90年代以来,国家自然科学基金项目和国家重大基础研究计划项目都开展了有关河流和边缘海物质通量的研究,即将开始的全国海岸带环境调查专项也把主要河流物质入海通量及其海洋环境效应研究作为主要内容之一。根据当前国内外河流物质通量研究的最新进展,较系统地阐述了河流入海物质通量的概念和对邻近大陆和海洋环境变化的响应。并在此基础上强调指出,河流入海物质通量是研究陆—海相互作用及其全球变化效应的重要参量。归纳了河流入海物质通量研究中需要解决的关键问题。     

The Increase of Biogenic Sulfate Aerosol and Particle Number in Marine Atmosphere over the Northwestern North Pacific

During a cruise aboard the R/V Hakuho-maru in the northwestern North Pacific in the summer of 1998 the particle number concentrations and the major ionic components of size fractionated aerosols were measured to investigate the aerosol produced by marine biological activity. Continuous low concentrations of nitrate (<1.8 nmol m⁻³), similar to the marine air background level, were found over the northwestern North Pacific (40–45°N) and the Sea of Okhotsk (44–45°N). Over the Sea of Okhotsk, a high concentration of chlorophyll-a (5.4 mg m⁻³) in seawater was observed, and atmospheric concentrations of non sea-salt (nss-) sulfate (44 nmol m⁻³), methane sulfonic acid (MSA) (1.8 nmol m⁻³) and particle number in the size range of 0.1 < D < 0.5 μm (199 cm⁻³) were found to be 9, 7, and 2 times, respectively, higher than those in the background marine air. The increase in particle number concentrations mainly in the size range of 0.2 < D < 0.3 μm was likely caused by the increase of biogenic sulfate over the high productive region of the Sea of Okhotsk. In humid air conditions (R.H. > 96%), the increased biogenic sulfate that condensed the large amount of water vapor would not have sufficient solute mass to activate as cloud condensation nuclei (CNN) and would remain as aerosol particles in the marine air with frequent sea-fogs over the high productive region. Biogenic sulfate originating from dimethyl sulfide (DMS) would gradually grow into the CCN size and continuously supply a great number of CCN to the marine air in the northwestern North Pacific. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

胶州湾海水微表层粘度及其在海-气通量计算中的作用

物质海 -气通量计算新建议中将物质海 -气通量计算公式 F=K(CL- b Cg)中的 CL 用CL ( SML ) 代替。本文着重于对公式中质量迁移系数 K的讨论。在测定了海水微表层、次表层水粘度并同时测定了其它一些化学参量基础上 ,得出如下结论 :海水粘度与盐度、碱度有一定相关性 ;微表层与次表层海水的粘度变化小于 3%。因此 ,海水微表层效应影响 K值 ,与海水微表层效应影响物质浓度相比 ,可以不考虑。     

离子迁移谱现场观测渤海和北黄海二甲基硫的研究

渤海、黄海是高产二甲基硫（Dimethyl Sulfide, DMS）的大陆架海区。该海区DMS的现场调查研究有助于准确评估海洋DMS释放量及其对全球气候变化的负反馈作用。目前,无论是基于模型还是直接测量法的通量估算均以表层海水或低层大气DMS浓度为基础,因此,先进的检测技术对其通量估算的准确度具有决定性作用。气相色谱法、质谱法、化学发光法以及卫星遥感技术是现在常用的观测技术,而本文则基于苯辅助光电离离子迁移谱技术进一步提出了一种可在海域现场观测海水中DMS的方法。通过结合动态气提-Nafion管在线除水进样系统,消除环境水汽的干扰;在最优条件下,基于DMS两个产物离子峰,可以实现0.10～120 nmol/L之间DMS的定量分析,检测限低至0.065 nmol/L;然后将所建方法应用于2019年秋季渤海、北黄海海水中DMS的现场观测。结果表明,表层海水中DMS的浓度为0.080～0.96 nmol/L（平均值为（0.44±0.34）nmol/L）,其海气通量为0.12～17.75 μmol/（m²·d）（平均值为（ 3.23±4.02）μmol/（m²·d））;通过结合实验室检测结果、环境因子和浮游植物群落结构讨论了海水样品低温储存条件下DMS的变化和影响因素,结果显示,营养盐成分及浮游植物群落结构是影响储存样品中DMS浓度显著增加的主要因素,进一步表明了现场观测方法的建立对海洋DMS释放量的准确评估具有重要意义。     

中低风速下海洋飞沫对海气热通量的影响

基于2016-02-01—2016-05-21在南海博贺海洋气象观测平台观测的实验资料,首先利用整体空气动力学算法分别计算海气界面处感热通量与潜热通量,同时利用涡动相关法计算液滴蒸发层处总的感热通量与潜热通量。然后比较海气界面处热通量与液滴蒸发层处热通量的值,并利用差比法分别对2处感热通量和潜热通量进行做差计算。结果表明:液滴蒸发层处热通量与海气界面处热通量存在明显差异。通过与海洋飞沫引起的热通量值比较,结果表明液滴蒸发层处热通量与海气界面处热通量的差值由海洋飞沫作用引起;且在中低风速条件下,海洋飞沫引起的热通量与风速呈正相关;相比感热通量而言,潜热通量随着风速的变化更为显著。     

北黄海海水中挥发性卤代烃的分布和海-气通量研究

用吹扫-捕集气相色谱法对北黄海常见的4种挥发性卤代烃(VHC)的研究表明,秋季北黄海表层海水中CHCl3,C2HCl3,CHBr2Cl和CHBr3的浓度和平均值分别为9.9~63.4(14.1±8.1),7.1~29.4(15.4±6.2),0.1~30.3(8.8±10.0)和4.2~56.4(21.6±12.2)pmol/dm3。这4种VHC在水平分布上呈现一定的空间变化,其浓度可能是陆地径流、人为活动和生物产生的影响程度不同造成的。VHC在垂直分布上受到地理位置和水文条件的不同影响,在不同站位有较大差异。周日变化研究表明,VHC具有一定的周日变化特征,受光照和潮汐等因素的共同影响最大值均出现在13:00—16:00。采用Liss和Slater双层模型理论对北黄海表层海水和大气之间CHCl3,C2HCl3和CHBr3的海-气通量进行估算,得到这3种物质在北黄海的海-气通量平均值和范围分别为14.8(0.2~104.4),23.2(1.8~93.0)和15.6(0.7~55.1)nmol/(m2.d)。结果表明,在秋季该研究海域是大气CHCl3,C2HCl3和CHBr3的源。     

Reanalysis of the Atmospheric Flux of Nutrient Elements to the Southern Yellow Sea and the East China Sea

Based on the recent research results on dry and wet deposition of nutrient elements and sulphate,we estimate the atmospheric flux of nutrient elements and sulphate to the southern Yellow Sea and the East China Sea in each season.The results suggest that the concentrations of nutrient elements and sulphate in aerosol and precipitation show an apparent seasonal cycle with the maximum values in winter and the minimum values in summer.Depositions of nitrate and sulphate are dominated by wet deposition,while the deposition for phosphate is mainly dry deposition.Moreover,compared with the riverine inputs,the atmospheric deposition may be the main source of dissolved inorganic nutrients in the southern Yellow Sea and the East China Sea.     

基于船载GPS探空数据的黄东海大气边界层高度分析

根据2012年5、11月2次船载GPS探空资料,结合CFSR再分析、OISST海温、沿岸站位L波段雷达数据等,对黄东海海洋大气边界层(MABL)的时空变化特征及影响因子进行了分析。GPS探空数据表明,正的海气温差产生对流边界层,负的为稳定边界层。相比陆地边界层,MABL的日变化很小。5月份,MABL较低,暖区的海气温差大小与MABL高度相关,而冷区风切变的影响较为显著,太阳辐射也能一定程度上影响MABL高度。11月,MABL远高于5月,海气温差、太阳辐射均能影响MABL高度,风切变贡献很小。5月份海洋锋暖水侧的水汽能到达MABL以上,冷水侧水汽则维持在MABL中;11月水汽被限制在MABL以内。通过青岛、洪家站的L波段雷达数据对比,得到沿岸地区的大气边界层具有与MABL相同的季节变化,能够代表黄、东海MABL特征,但日变化更加剧烈,因此在替代研究海上MABL日变化时具有局限性。     

海气界面热通量交换对南海深水海盆SST持续增暖的可能贡献

20世纪后50年南海深水海盆SST持续增暖了0.64℃,为了探究其持续增暖的机制,使用IPCC模式比较试验CGCM3.1(T47)、CGCM3.1(T63)、CSIRO-Mk3.0、GFDL CM2.0这4个模式输出资料中的辐射通量、湍流热通量、比湿、风、云量、气温、海平面气压及海温数据,计算了各海洋、气象要素的变化趋势,估算了热通量各分量,发现20世纪后50年期间SST的持续增暖似乎不能依据海面热通量的变化来解释。主要证据如下:夏季风的减弱使得海面潜热减少了约4.9W/m2,但由于海温升高、蒸发加强又使潜热增多了大约同样的值,使得夏季南海深水海盆总的潜热通量变化较小;夏季大气水汽含量的增多促使海面长波辐射增多了约1.8 W/m2,加上感热通量等变化的效应,海洋净得热增多了约3.0 W/m2;但是,20世纪后50年内冬季风的增强和冬季海温升高致使海洋潜热增多了约7.3 W/m2。由于20世纪后50年潜热释放大于海面长波辐射增多,无法只用海面热通量解释SST持续增暖现象,指出了南海海洋动力过程可能在维持南海深水海盆50年来SST持续增暖中的重要性。     

海气热通量算法的改进及应用

COARE模型是国际上常用的计算海气热通量的算法,其风速适用范围可达20m/s,但未包含飞沫等高风速下的影响因子,将其直接扩展到20m/s以上风速的海况存在不合理性。本文提出了适合各种风速条件下的包含飞沫影响的海面动力粗糙度长度参数化方案,并利用该方案改进了COARE 3.0模型。利用南海浮标的观测数据,根据改进的COARE 3.0模型计算了海气热通量,分析了飞沫对海气热通量的影响。结果表明,在0～20m/s风速范围内,感热通量与潜热通量主要由海气温差和海气湿差决定,与波龄的相关性很小,飞沫对热通量无显著影响。当风速大于20m/s,感热通量和潜热通量与海气温差和海气湿差的相关性减小,与波龄的相关性增加,潜热通量与波龄呈现负相关。考虑飞沫的效应后,总热通量明显增加,飞沫所增加的感热通量平均可占界面感热通量的38.89%,飞沫所增加的潜热通量平均占界面潜热通量的39.19%。     

深海多金属硫化物采矿研究进展及其前景探讨

随着陆地金属矿产资源的日渐枯竭,深海多金属硫化物逐渐成为海洋矿产资源勘探的新趋势。文章介绍了全球主要海底多金属硫化物矿床的成因及分布特点,阐述了多个国际矿业公司和国际海洋组织对西南太平洋、大西洋和印度洋海底块状多金属硫化物勘探活动的最新进展。从海底多金属硫化物的金属品质、深海采矿的法律政策和环境保护等方面对海底多金属硫化物的开发前景进行探讨,并提出积极投身国际海底资源开发规章制定,进一步细化国内法律制度,为深海采矿提供良好的法律制度环境;提升深海治理能力,增强我国在深海领域的话语权;完善深海技术装备体系,提高深海开发创新能力等建议。     

Relationship between Composition of Settling Particles and Organic Carbon Flux in the Western North Pacific and the Japan Sea

Settling particles play an important role in transporting organic carbon from the surface to the deep ocean. It is known that major components of settling particles are biogenic silicates (opal), biogenic carbonate (CaCO₃), lithogenic clays and organic matter. Since each component aggregates and/or takes in organic carbon, all of these components have the ability to transport particulate organic carbon (POC) to the interior of the ocean. In this study, sediment trap experiments were carried out in four areas of the western North Pacific (including a marginal sea). Factors are proposed that correlate the composition of settling particles with POC flux. Annual mean organic carbon fluxes at 1 km depth in the western North Pacific Basin, Japan Sea, Hidaka Basin and northern Japan Trench were found to be 14.9, 18.1, 13.0 and 6.6 mg/m²/day, respectively. Organic carbon flux in the western North Pacific was greater than that in the Eastern North Pacific (7.4), the Equatorial Pacific (4.2), the Southern Ocean (5.8) and the Eastern North Atlantic (1.8). In the western North Pacific, it was calculated that 52% of POC was carried by opal particles. Opal is known to be a major component even in the Eastern North Pacific and the Southern Ocean, and the opal fluxes in these areas are similar to those in the western North Pacific. However, the organic carbon flux that was carried by opal particles (OC_opalflux) in the western North Pacific was greater than that in the Eastern North Pacific and the Southern Ocean. These results indicate that the ability of opal particles to transport POC to the deep ocean in the western North Pacific is greater than that in the other areas.     

黄河农场地区地下水入海量FEFLOW软件数值模拟

分析了黄河农场地区的降雨、蒸发、地表径流、灌溉和地下水水位常规观测资料,构建了该区的水文地质模型。在此基础上,运用FEFLOW软件建立了黄河农场地区三维地下水流数值模型,用实测资料来识别此模型,运用模型估算出研究区2层潜水含水层的地下水入海量,进一步分析地下水中的营养盐物质,得出研究区营养盐入海量。     

System Ⅱ型海洋重力仪静态观测结果与分析

根据青岛海洋地质研究所新购置System II型海洋重力仪的静态观测实验,分析了重力数据的变化情况,检测到该仪器单日记录数值较为稳定,但伴随有小于±0.1mGal左右的震荡。同时分析了该设备对固体潮的反映,静态观测重力值所展现的变化特征和周期性与固体潮相一致。鉴于其能明显反应固体潮对静态观测重力值的影响,可认为其静态观测精度优于0.2mGal。并测定了重力仪月漂值小于国家标准3mGal/月。同时比较讨论了与KSS31M型重力仪在中科院海洋研究所的静态观测数据的区别与联系。     

Analytical Study of Longitudinal Mass Flux Due to the Shear Effect in a Tidal Basin

The fundamental nature of the mass flux due to the shear effect is examined analytically in a basin with steady and oscillatory currents to promote a better understanding of the mass transport process in coastal waters. The currents are given from solutions of the simplified motion equation so as to be consistent with the diffusion equation. The matter concentration used is given by an analytical solution of the diffusion equation with the settling flux term contained. Mass flux, yielding the depth-averaged dispersion coefficient, is rather varied vertically in both steady and oscillatory currents. In the oscillatory current with a Stokes layer in particular, the vertical profile of flux is more complicated and even negative flux is induced near the basin floor. This negative flux does not necessarily yield a negative value of the vertically averaged dispersion coefficient. The exact dispersion coefficient given by the flux analysis is realized only in the steady state of the matter concentration distribution, though we can scarcely observe the steady state in the actual sea. The vertically uniform longitudinal dispersion coefficient at the stationary stage is shown to be caused from the vertical complexity of mass flux by the action of the vertical diffusing and the settling flux. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

黄海夏季海雾的边界层结构特征及其与春季海雾的对比

利用海上浮标站、高分辨率数字式探空仪等多种观测手段和三维中尺度模式,对2008年7月7~11日1次夏季黄海海雾过程的边界层结构特征进行了观测分析与数值模拟,并将结果与春季的黄海海雾个例进行对比。结果表明:(1)夏季海洋大气边界层(MABL)中无强逆温层,静力稳定度较春季下降,有利于湍流的发展。加之水汽量较大,容易形成比较厚的雾(500 m);春季低空有明显逆温层,水汽供应量较少,但强稳定的层结可以使水汽局限于比较低的空中,形成比较薄的雾层(200 m)。(2)在夏季风控制下,青岛近海海洋大气边界层(MABL)中高、低层气块均来自海洋上空,温湿属性差异不大,使得温度垂直差异较小;春季MABL中高、低层气块分别来自陆地和海洋,来自陆地的暖、干气流和海洋的冷却效应导致强逆温层和雾区上方干层的出现。(3)夏季海雾的含水量大,水汽在凝结成雾的过程中放出更多的凝结潜热,雾中的海表面气温(SAT)明显高于海表面水温(SST);春季雾顶强烈的长波辐射冷却和湍流混合使雾中气温明显下降,雾中SAT与SST更加接近,甚至出现SAT小于SST。以上结果有助于对海雾形成机制的认识。     

溶解无机态营养盐在渤海沉积物-海水界面交换通量研究

了解无机态营养严在渤海沉积物-海水界面交换速率、通量基控制因素,于2002-08-06~08-24,应用船基沉积物培养方法,现场测定了硅酸盐(SiO3-Si)、磷酸盐(PO4-P)和溶解无机氮(DIN)在沉积物-海水界面上的交换速率(νN)和交换通量(FN)。结果显示,νSiO3-Si变化范围为2 220~4 317μmol.m-2.d-1,平均为3 466μmol.m-2.d-1,νPO4-P为0.4~77μmol.m-2.d-1,平均为39μmol.m-2.d-1,νDIN为667~2 167μmol.m-2.d-1,平均为1 308μmol.m-2.d-1,其中NH4-N和NO3-N的贡献分别为48%和47%左右。进一步分析表明,νSiO3-Si主要由溶解和扩散2个过程控制,前者决定于沉积物黏土矿物含量和含水率,后者决定于营养盐浓度和温度。νPO4-P主要由在以黏土为主的细颗粒和氢氧化铁上的吸附-解吸和扩散过程控制,前者分别决定于沉积物粒度和上覆水中DO浓度,而后者决定于间隙水与上覆水之间的浓度差。结果表明,FSiO3为2.59×1013mmol,FPO4为2.95×1011mmol,FDIN/SE为8.62×1012mmol。这样,为维持夏季渤海初级生产力,沉积物交换过程可提供大约65%的SiO3-Si、12%的PO4-P和22%的DIN,远远高于以河流径流为主的陆源排放。     

近50年东中国海潜热通量的变化

利用1958—2006年OAFlux热通量资料,分析了东中国海海域潜热通量的长期变化特征,并探讨了与局地和太平洋海域影响因素的关系。结果表明:近50 a东中国海潜热通量显著增加,沿黑潮主轴增幅最大。通过分析阿留申低压区(30°N～60°N,160°E～140°W)风场的变化,发现其风应力旋度与东中国海潜热通量变化的主要影响因素海气比湿差存在显著的正相关,表明可能是北太平洋风应力旋度的变化而不是东中国海域风场的变化导致了潜热的长期增加。超前和滞后相关分析表明,东中国潜热通量的变化比北太平洋风应力旋度的变化存在4 a左右的延迟,可能是副热带环流对风场变化调整所需的时间。     

贝藻类养殖碳汇核算与综合温室潜力评估研究进展

海水养殖可能是实现我国碳中和目标的有效途径之一。贝、藻类养殖是海水养殖的主要组成部分,可以通过碳移除(从海水中收获)、碳固定(形成贝壳)等方式成为有效的碳汇。因此,中国作为海水养殖大国,具有较大的碳汇潜力。然而,目前关于贝、藻类养殖过程中碳汇的计算、评估、监测等还没有统一的标准,对于其碳汇边界的定义(如储藏年限、周转周期等)也不清晰。本文阐述了典型贝、藻类养殖碳汇的潜力,认为碳汇的计算不仅仅要考虑储存碳,还要考虑养殖过程中由于呼吸等过程排放的碳;提出了贝、藻类养殖碳汇测算过程中存在的问题,认为目前常用的称重法等无法准确反应养殖系统的碳汇潜力;建议在未来养殖碳汇测算中首先明确碳汇边界问题(如使用长、短周期碳汇的概念)。最后,本文讨论了贝、藻类养殖生态系统综合温室效应评估的必要性,建议在碳汇核算过程中同时考虑非二氧化碳温室气体(如甲烷、氧化亚氮)的作用。     

海面大气和海洋条件变化引起的太阳辐照度高频变化分析

海洋光学考察时需要同步测量大气中的下行太阳辐照度,其测量采样频率比常规大气辐射观测高300倍,可记录到达海面太阳辐射的高频变化。利用2007年在白令海考察的数据,详细研究了辐照度高频变化的特征与原因,得出影响辐照度记录的主要因素有云层、海雾和海浪。结果表明,这3种因素的影响有明显的差别,使作者有可能在不确切知道现场情况的条件下,由数据本身判断辐照度变化的原因,并获取有关的参数。云层引起的辐照度变化具有低频率、大振幅的特征。海雾引起的辐照度变化最为复杂,变化幅度大,变化周期复杂,从几秒到上百秒,与云层效应相区别。晴空条件下,海浪调制的反射信号通过空气中的水汽散射影响辐照度计测量数值,形成周期短、振幅小的稳定振动信号,与云和雾的效应有明显区别。文中提供了云、雾和浪对辐照度影响的定性特征和定量分析结果,对理解海面辐照度记录,并正确处理数据有指导意义。