极锋以南洋区N_2O源汇特性初析

N_2O是大气中最重要的温室气体之一,目前已经有大量的研究对海洋N_2O循环及海洋对N_2O收支的贡献进行追踪报道。然而,极区相关研究仍然十分有限。本研究利用中国第25、26次南极科学考察的机会,对南大洋进行的采样以及实验室分析,结果显示,南大洋表层海水存在亚热带锋附近N_2O过饱和,亚南极锋附近接近饱和,和极锋以南洋面的不饱和的特征。海冰融化后,其融冰水的注入是N2O不饱和特征形成的主要原因。运用正态分布选取站观测风速95%以上的风速范围进行平局估算出极锋以南洋区海气通量,结果显示,极锋区以南表层海水是大气N_2O的汇区,年吸收通量约为3.5×10~(-4)—7.7×10-4Tg·a-1(百万吨氮/年)。     

北极新奥尔松地区王湾和海湾河溶解N2O分布及影响因素

分别于2013年8月和2015年8月对北极斯瓦尔巴德(Svalbard)群岛的王湾(Kongsfjorden)峡湾和海湾河(BayelvaRiver)等水域进行了调查,对水体中溶解氧化亚氮(N_2O)分布及影响因素进行了研究。结果表明,2013年8月王湾表层溶解N_2O浓度范围为10.95—13.32 nmol·L~(-1)、平均值为(12.47±0.71) nmol·L~(-1),海湾河表层溶解N_2O浓度范围为10.66—16.83 nmol·L~(-1)、平均值为(14.65±1.54) nmol·L~(-1); 2015年8月王湾表层溶解N_2O浓度范围为11.40—13.07 nmol·L~(-1)、平均值为(12.39±0.53) nmol·L~(-1),海湾河表层溶解N_2O浓度范围为9.38—15.45 nmol·L~(-1)、平均值为(12.99±1.98) nmol·L~(-1)。王湾西北部水体中N_2O分布受北大西洋暖水团输入影响,东南部受多条冰川融水输入影响;同时,沉积物可能通过反硝化等微生物活动释放N_2O。王湾水体中ΔN_2O和表观耗氧量(AOU)呈负相关性,表明微生物活动对王湾水体N_2O的产生和消耗贡献较小。2013年8月海湾河冰川融水中N_2O呈现不饱和特征(78%),受温度和水气交换影响,海湾河N_2O饱和度自上游冰川融水78%向河口逐渐增加至96%。受海冰融水稀释影响,王湾表层N_2O也表现出不饱和特征。2013年8月王湾表层N_2O饱和度范围为77%—98%、平均值为(89±6)%; 2015年8月王湾表层N_2O饱和度范围为90%—101%、平均值为(95±4)%。新奥尔松(Ny-?lesund)地区水体中N_2O饱和度主要与温度等因素有关,其不饱和的特征使该地区水体成为大气中N_2O的汇。     

热带与南极海域表层海水N2O饱和度异常差异性比较

本文比较了从北纬30?西太平洋至南纬30?东印度洋等热带海域与南大洋至东南极普里兹湾等南极海域的大气和表层海水N2O分压分布特征,表层海水pNO2饱和异常,分析引起异常差异性的主要影响因子。南极海域普里兹湾表层水中N2O分压（pN2O）平均为311.9 ± 7.6 nL/L (14.1 ± 0.4 nM),与大气中N2O混合比（318.5 nL/L）相比显略不饱和,融冰水的输入是导致不饱和的主要原因。海气N2O通量为-0.3 ± 0.8μmol m-2 d-1。而热带海域多数表层海水中N2O饱和度异常值都高于10%,在赤道海域发现最高值达54.7%,次高值为10°N的苏禄海为31%,计算出在赤道和苏禄海的海气通量分别为~12.4 μmol m-2 d-1和~4μmol m-2 d-1。表明高纬度的普里兹湾既不是大气中N2O源也不是汇,而低纬度热带海域表现为大气中N2O的源。造成热带与南极海域海洋N2O饱和度异常的影响因素,可能低纬度的热带海域由于海气间的气体交换较弱、上升流影响强,而高纬度的南极海域由于融冰分层和强偏西风影响;而海表面风速是影响N2O的海气交换N2O通量的重要因素。     

南极普里兹湾真光层下水体中有机碳和无机碳的分解比例的估算

本文利用中国第25次南极科学考察数据,运用数学模型对南极普里兹湾有机碳与无机碳的分解比及上层水体POC的再矿化效率进行了估算。结果表明:普里兹湾及其邻近海域POC的浓度范围为24.38~446.40μg?dm-3,平均值为118.16μg?dm-3。在普里兹湾P2断面陆架区,上层水体中的有机碳和无机碳向下层水体输出埋藏过程中,两者分解速率比为1.27（摩尔比）,根据相关结果我们推测上层水体中的颗粒有机碳向底层输出埋藏的过程中有81%发生了转化重新参与海洋碳循环。     

中国第26次南极考察南大洋碳通量评估

南大洋是大气CO2的重要汇区,而近几十年来这个汇出现了明显变化并成为了研究的热点。利用中国第26次南极考察期间雪龙船绕南极航行所获得的现场碳及相关参数观测数据,分析推导出海水pCO2及其主控因子(叶绿素和水温)之间的经验关系,并结合相关卫星遥感数据建立遥感外推算法,计算南大洋50°S以南海区碳通量分布,评估该海区对大气CO2的吸收能力。计算结果表明,2009年11月从90°E到90°W(顺时针方向),50°—75°S海域为CO2输送大气的弱源,平均输入大气通量为9.482 mol·m-2·month-1,碳释放量为0.001 779 5×1015gC;2009年12月从90°W—90°E(顺时针方向),50°—75°S海域为吸收大气CO2的弱汇,平均碳通量为-12.451 mol·m-2·month-1,碳吸收量为0.026 656×1015gC。将经验关系推导至该月份的50°—75°S整个南大洋的计算中发现,2009年11月南大洋为大气CO2的源,碳释放量为0.002 789 6×1015gC;在2009年12月南大洋为大气CO2的汇,碳吸收量是-0.003 503 5×1015gC。相比之前我们所观测的结果,南大洋的碳汇吸收能力呈现明显下降。     

南极海冰、冰穴和冰川冰及其对水团形成和变性的作用

本文利用前人的成果及笔者1992/1993年的南极海冰观测和收集的资料以及水文观测资料数据阐述了南极海冰的特性,特别是南极海冰过程、冰穴以及冰川冰对南极水团(南极表层水、南极底层水、南极陆架水、南极中层水以及南极冰架水)的形成和变性所起的特殊作用。 南极海冰覆盖面积的年际变化,夏季最大年份是最小年份的2倍多,冬季年间变化较小,最大仅为20％;但其季节变化非常大,冬季平均覆盖面积通常是夏季的5倍。南极海冰对大气-海洋间相互作用有重大影响,特别是深海洋区中冬季的结冰和发育造成的垂向对流、夏季的融化是形成南极表层水(含南极冬季水和南极夏季表层水),进而形成南极中层水的主要原因;南极陆架区的的海冰兴衰过程是形成南极陆架水的直接原因,它与变性南极绕极深层水混合并受到冰川冰的进一步冷却作用,成为形成南极底层水的主要水团;南极冰架底部的冷却、融化和冰架以下水体的结冰作用形成的高盐对流过程产生的南极冰架水,亦是形成南极底层水的贡献者。 冰穴是70年代以来卫星观测的重大发现。对其形成和对大气、海洋的影响作用尚不完全清楚,初步的研究成果表明,冰穴中产生的热盐对流对南极水团的形成、变性、大洋深层的翻转以及海洋-大气间的热量传输和气体交换起有非常重要的作用。     

2011年夏季南大洋普里兹湾颗粒态生物硅的分布与变化特征

利用中国第27次南极科学考察期间获得的颗粒物样品,对南大洋普里兹湾海域水体中颗粒态生物硅的含量及分布特征进行了初步研究,分析了该海域颗粒态生物硅与营养盐、浮游植物以及颗粒有机碳之间的关系,同时结合历史数据对比了颗粒态生物硅的年际变化情况。研究结果显示：在2011年夏季普里兹湾表层水体中颗粒态生物硅含量在0.76-19.72μmol/ dm3之间变化,平均为6.06±4.55μmol/ dm3。在表层水体中的分布趋势是67°S以南的湾内区域颗粒态生物硅含量明显高于67°S以北的湾外区域,最大值出现在普里兹湾陆架区。在垂向分布上,P3断面水体中颗粒态生物硅含量随深度增加而减少。根据不同年份即24,25,26,27次南极科学考察期间获取的数据对比分析显示,颗粒态生物硅含量虽存在一定的年际差异,但是在普里兹湾的分布趋势基本一致。颗粒态生物硅含量的变化特征与硅酸盐相反与叶绿素a、颗粒有机碳相似。     

2007/2008年和2008/2009年夏季南大洋以及普里兹湾POC的分布与变化

在中国第24次和第25次南极科学考察期间,利用航渡表层水观测和普里兹湾定点观测,对颗粒有机碳(POC)的分布及其影响因素进行了研究.结果表明,南大洋表层水体的颗粒有机碳分布具有明显的区域性特征,表层水体POC的含量与营养盐和叶绿素a有着明显的相关分布趋势.南极水、亚南极水的表层POC浓度明显高于亚热带水和热带水,第24...     

1999/2000年夏季环南极表层海水叶绿素a和初级生产力

中国第 1 6次南极考察期间 ,作者随雪龙船于 1 999年 1 1月 2 2日至 2 0 0 0年 1月 1 8日从澳洲西南部到达东南极普里兹湾 ,后经南印度洋 -南大西洋 -德雷克海峡 -南大西洋 -南印度洋返回普里兹湾。航渡中定时采集表层海水 ,进行水温、盐度、营养盐、浮游生物现存量和光合作用速率的现场观测 ,研究环绕南极海域表层水叶绿素 a和初级生产力的分布特征。结果表明 ,南大洋表层水营养物质、浮游生物现存量和初级生产力分布具明显的区域性特征 ,南极辐合带以南的南极水营养盐浓度高于亚南极水和亚热带水。叶绿素 a浓度与营养物质的分布趋势一致 ,南极水、亚南极水和亚热带水的平均叶绿素 a浓度分别为 1 .77、1 .40和 0 .2 1 μg/dm3。在环绕南极的大洋中 ,南大西洋海域营养物质丰富 ,海水最为肥沃 ,叶绿素 a浓度和初级生产力高于南印度洋和德雷克海峡。在短期往返东南极 -西南极 -东南极的航渡观测中 ,由于南极夏季水温的升高 ,陆缘冰融化 ,冰藻释放 ,长城湾至普里兹湾的西 -东向航渡中观测的初级生产力、浮游植物细胞丰度、叶绿素 a浓度和光合作用同化数分别比普里兹湾至长城湾的东 -西向航渡中高 1 45%、1 1 3%、68%和 1 8%。与 1 0年前的观测结果比较 ,南大西洋仍为高生物量和高生产力海区 ;1 999/2 0 0 0     

南极普里兹湾可培养浮游细菌群落结构研究

针对南极普里兹湾内达恩利角附近海域的3个测站共12份海水样品,采用寡营养培养基分离培养极地浮游细菌,通过PCR方法获取其中95株细菌的16S rRNA基因序列。序列分析结果表明,分离获得的95株细菌分属α-变形杆菌纲(Alphaproteobactia)、γ-变形杆菌纲(Gammaproteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)3个类群下的35个不同分类单元,其中α-变形杆菌纲为优势细菌,在不同水层中所占的比例为52.6%—62.5%。通过Shannon多样性指数分析发现,南极普里兹湾陆架区测站P2-14多样性指数较陆坡区两测站P2-11和P2-8的高,细菌多样性与浮游植物量和生产力水平呈现正相关。表层细菌Shannon多样性指数最低,50 m水层最高,100和200 m水层多样性指数变化不明显,真光层水体中细菌垂直分布与营养盐和溶解氧浓度存在关联。此外,采用寡营养陈海水培养基,还获得了一些与已报道的16S rRNA基因序列相似性较低的菌株,它们代表了微生物新物种,可能也是南极真光层特有的细菌。研究工作表明,南极普里兹湾真光层水体中蕴藏着丰富的浮游细菌资源,它们有待保护、开发和利用。     

普里兹湾海域的夏季上层水及其北向运动

本文利用中国第 1 5次南极科学考察普里兹湾及邻近水域观测的 CTD资料 ,研究并分析了普里兹湾及其邻近洋域上层的水团分布。确定了普里兹湾夏季近岸水 ,普里兹湾夏季表层水 ,普里兹湾陆架水和南极绕极深层水的范围、深度和温盐特性。在此基础上 ,进一步发现了普里兹湾陆架水的北向扩展。讨论了其北向扩展的热力学和动力学特征。这些特征涉及到逆温层的厚度、垂向温度和温度梯度最小值的存在 ,以及陆架水北向运动的斜压性和科氏力的作用     

Upper layer waters and their northward extension from Prydz Bay in summer

In this paper, CTD observational data obtained during the 15th Chinese National Antarctic Research Expedition (CHINARE-15) in the Southern Ocean are used to analyse and study water mass distribution in the Prydz Bay and its adjacent seas. The area, depth, and the thermohaline characteristics are identified for the Prydz Bay summer coastal surface water, the Prydz Bay winter water, the Prydz Bay shelf water, and the circumpolar deep water. Based on the above discussion, the northward extention of the Prydz Bay shelf water are found. Then the thermodynamic and the dynamic characteristics are further discussed, dealing with the inversion layer depth of the water temperature, the locations of the minima of the vertical temperature distribution and the temperature vertical gradient in the water column, the baraclinicity, and the effect of Coriolis deflection force.     

南大洋普里兹湾沉积物中锗的含量与分布

本文利用中国第21-27次南极考察期间获得的沉积物样品,对南大洋普里兹湾沉积物中锗（Ge）的含量以及分布特征进行了初步研究。结果表明：普里兹湾表层沉积物中总Ge（Getotal）的含量在1.14×10-6~2.35×10-6之间变化,平均含量为1.71×10-6,最高值出现在湾外深海区P3-9站,最低值出现在湾内冰架边缘附近的P4-13站。在研究海域表层沉积物中生源Ge（Gebio）占Getotal的百分含量在16-68%之间变化。在表层沉积物中Gebio与Getotal分布变化趋势总体上相近,以67°S为界均呈现湾外高于湾内的趋势,在柱状沉积物中Ge的垂向分布呈现表层高于底层趋势。在普里兹湾湾内非冰间湖区域的表层沉积物中Gebio与生物硅（BSiO2）呈现一定的正相关,在P3-16站位柱状沉积物中Gebio与BSiO2垂向分布相似。     

南极普里兹湾及其邻近海域浮游植物粒度分级生物量和初级生产力

本文报道了 1 990 /1 991年夏季在南极普里兹湾及其毗连海域对浮游植物细胞丰度 ,优势种类组成 ,粒度分级生物量和初级生产力和颗粒有机碳浓度的分布及其与环境因子关系的研究。结果表明 ,调查海区具有显著的空间区域化特征 ,普里兹湾及其毗连陆架由于水体较为稳定 ,有利于浮游植物和冰藻的生长 ,其生物量、生产力和颗粒有机碳均较高 ;在普里兹湾北部毗连南印度洋的近南极大陆海域 ,由于水团沿陆坡的扭曲运动和上升流的出现 ,致使西冰架和谢克尔顿冰架之间的北部区域浮游植物生物量 ,生产力和颗粒有机碳均较高。由于浮游植物的大量繁殖 ,使该二区域营养盐浓度降低 ,溶解氧增加。在调查海区的东西两侧则相反。粒度分级结果表明 ,微型 (<2 0 μm)和微微型 (<2 .0 μm)浮游生物在浮游植物群落生物量和生产力中占有重要比重 ,它们对总生物量和总生产力的平均贡献分别为 5 3 %和 6 9%。     

南极苔原沼泽温室气体通量变化特征及其对气候变化的响应

以南极阿德雷岛苔原沼泽为研究区域,2016年12月至2017年1月南极夏季期间观测研究了温室气体CH_4、CO_2和N_2O通量的变化规律及其对环境因子的响应关系。结果表明:光照条件下干旱苔原沼泽表现为CH_4吸收,通量为(–5.4±4.3)μg CH_4·m~(–2)·h~(–1),半干旱苔原与淹水苔原沼泽表现为净排放;三个类型苔原沼泽观测点均表现为N_2O净吸收,最高吸收通量出现在淹水苔原,为(–2.6±2.4)μg N_2O·m~(–2)·h~(–1);黑暗条件下苔原沼泽一致表现为CH_4和N_2O净排放。光照与土壤水分减少增加了苔原CH_4有氧氧化吸收,同时促进了反硝化作用对N_2O的还原转化。观测期间所有观测点均表现为CO_2的汇,最高CO_2净交换量与光合作用强度都出现在淹水苔原区,分别为(–40.1±17.6)μg CO_2·m~(–2)·h~(–1)和(91.2±26.5) mg CO_2·m~(–2)·h~(–1);而最高苔原沼泽呼吸速率出现在干旱苔原观测点,为(73.1±17.6)μg CO_2·m~(–2)·h~(–1)。夏季适宜的温度、降水条件促进了苔原植被的光合作用,增加了苔原沼泽CO_2吸收量。CO_2、N_2O、CH_4通量随时间变化的相互关系规律不显著(P0.05),但在降水与温度波动下,N_2O与CH_4通量都随CO_2通量呈现相似的波动。三种温室气体与各种环境因子之间的响应关系值得进一步研究;不同光照条件对CH_4、N_2O排放量的估算有重要影响。     

南极普里兹湾营养盐分布特征及季节性消耗

利用中国南极科学考察CHINARE-25/27/29航次获取的普里兹湾营养盐数据,对该海域营养盐的含量分布特征进行了分析,利用水柱T_(min)层的存在估算了夏季的营养盐消耗量(NNU、NPU和NSiU),并对营养盐的吸收比例及结构做了初步探讨。结果显示,普里兹湾营养盐空间分布呈现明显的区域特征,上表层水营养盐浓度分布表现为冰架边缘区陆架区深海区的区域性特征。夏季普里兹湾受到浮游植物旺发的影响,湾内营养盐(NO_3-N、PO4_-P和SiO_3-Si)的消耗值相对湾外较高。营养盐吸收比值的变化表明,NSiU/NNU比值由湾内向湾外呈现升高的特征,与叶绿素a具有相反的分布趋势,推测这一现象与湾内陆架区铁的供应要高于湾外深海区有关。本文对营养盐结构与变化的探讨,将有益于进一步深入了解南极普里兹湾各生源要素的循环过程,为预测未来南极浮游群落结构的演变提供依据。