二阶冷阱预浓缩-气相色谱法测定大气中挥发性硫化物

本文采用自制二阶冷阱预浓缩装置结合气相色谱法测定了大气环境中三种挥发性硫化物(羰基硫(COS)、二甲基硫(DMS)、二硫化碳(CS₂)),根据标准样品的响应值对二阶冷阱预浓缩装置的条件进行优化,确定了最佳测定条件。本方法测定大气中的三种含硫化合物的线性范围较好,精密度为0.43%～1.11%,检出限为1.70～2.58μg·L^-1,高、低浓度的加标回收率分别为100.7%～102.3%和96.7%～137.2%。除了DMS的相对标准偏差为13%外,其余两种硫化物的相对标准偏差均在5.0%以内。对实际样品的测定与气质联用法无显著性差异。本方法可应用于环境空气中挥发性硫化物的测定,并对青岛胶州湾湿地不同植被类型区域挥发性硫化物进行了测定。     

太平洋中低纬海水中的二氧化碳分布特征及其与海洋环境条件的关系

根据1986年11月至1990年6月进行的中美热带西太平洋海-气相互作用(TOGA)联合考查和1995年10月至1996年6月“中日副热带联合调查”期间获得的14个航次大气和海水CO₂的观测资料,给出了主要观测海区CO₂的源与汇的分布特征:在赤道地区5°N~5°S,130°~165°E观测到的表面水中二氧化碳分压的值超过了大气中二氧化碳分压1.5~4.5 Pa,结果表明该海区对大气CO₂而言是源,但是该值远小于在中赤道测到的+9.1 Pa和在东赤道太平洋所测的+15 Pa的值.由此表明热带太平洋CO₂源的强度是向西减弱的.副热带海区在秋季对大气CO₂而言是较强的源,春季是汇.对影响海水CO₂变化的主要因素温度、盐度等进行了讨论,表明CO₂的分布变化直接受海流、水团、黑潮和ENSO事件影响.     

北极夏季大气垂直结构与空间分布特征

低层大气垂直物理剖面是研究大气边界层过程、模拟大气环流过程和进行天气预报的关键参数,海洋特别是北冰洋地区是气象实测资料的稀疏区甚至是空白区。因此,中国第6次北极科学考察期间(2014年7月21日至9月11日),我们使用GPS低空探空系统,对北极地区的大气垂直结构和边界层特征进行了观测实验。实地观测结果表明:(1)递减率对流层顶(LRT)和冷点对流层顶(CPT)均能准确的判断该地区对流层顶的高度和温度,NCEP再分析资料在较低纬度能够很好的反应对流层顶变化特征,但是在海冰密集的北极地区(海冰密集度达9成以上)则相对较差,所以很有必要在该区域开展探空观测研究。(2)在高空存在一个明显的低温区和高空急流,低温区和高空急流中心区的海拔高度与对流层顶高度一致;在晴天和少云天气,对流层顶高度变化不大;在多云和阴雨天气,随着纬度的升高对流层顶高度逐渐降低。在晴天和少云天气相比多云和阴雨天气,高空急流区的强度较弱,垂直和水平均范围较小。(3)CPT和高空急流的高度随着纬度有降低的趋势,75°N以北的区域降低显著;对流层垂直温度递减率随着纬度呈现出逐渐增大的趋势。(4)观测期间,在海拔3km以下均存在多个逆温层。其中风速切变在逆温层的消失或者减弱过程中起着重要作用,而在80°N以北区域,对流层顶逆温(TIL)明显小于其他区域。表明极点附近对流层与平流层之间的物质和能量交换相比其他区域更加强盛。     

西太平洋降水化学的研究

本文根据TOGA(热带海洋与全球大气)第二航次中采集的36个雨水样品,对西太平洋降水化学特征及其影响因素进行研究。结果表明,海洋降水与大陆污染地区降水化学组成上差异显著,海洋降水基本未受人为排放的影响,但化学组成相当程度上受海洋气溶胶的支配,其中Cl-、Na+、Mg2+、Ca2+等离子主要来自降水对海盐气溶胶的淋洗和冲刷,海洋生物代谢过程排放的NO和有机硫化物使降水中NO₃-,SO₄2-得到富集,在赤道附近富集效应更为突出。     

西太平洋雅浦海沟区海水中CH4和DMSP的垂直变化特征

本研究首次探究了西太平洋雅浦海沟北段从表层到超深渊海水中甲烷（CH₄）及二甲基硫（DMS）的前体物质二甲基巯基丙酸内盐（DMSP）的浓度变化情况。结果表明:雅浦海沟海水甲烷浓度变化范围为1.49~3.87 nmol/L。其上层海水甲烷平均浓度最高,有明显的次表层极大现象。雅浦海沟氧最小层海水的甲烷平均浓度最低;在500~1 000 m中层水中甲烷浓度有一定程度的增大,1 000 m以下至底层甲烷浓度继续升高。研究海区溶解态DMSP（DMSPd）和总DMSP（DMSPt）平均浓度的垂直变化随深度呈先增大后减小趋势,颗粒态DMSP（DMSPp）的平均浓度随深度呈波动式变化,在中层达到最大。雅浦海沟CH₄和DMSP浓度垂直变化受浮游生物、微生物、光照、温度、压力、大洋环流等的复杂影响。在真光层海水中,CH₄浓度与DMSPd、DMSPp和DMSPt浓度表现为负相关关系,在200 m至底层海水中,CH₄浓度与DMSPd、DMSPp和DMSPt浓度表现为正相关关系,显示光照条件是造成雅浦海沟不同深度海水CH₄和DMSP浓度相关性差异的关键因素。     

冲绳海槽沉积物孔隙水地球化学特征及其指示意义

通过对东海外陆坡–冲绳海槽GSW1孔沉积物孔隙水δ₁₃C、δ₁₈O、δ₁₁B、δ₃₇Cl同位素和Cl_-、S O₄^2-、K₊、Na₊等离子指标的分析,探讨了沉积物早期成岩作用、流体来源、迁移和氧化环境的变化。研究发现,GSW1孔孔隙水溶解无机碳主要来自海水和有机质,SO₄^2-浓度随深度下降比较平缓,Cl_-浓度远低于海水,该孔表层沉积物中硫酸盐消耗主要由有机质硫酸盐还原作用（OSR）所控制,甲烷厌氧氧化作用（AOM）发生在4 m以下更深的层位。OSR产生的H₂S向上扩散富集并被氧化,是导致GSW1孔110～360 cm处SO ₄^2-浓度未明显下降的主要因素。孔隙水SO₄^2-浓度整体随着深度增加呈减小的趋势,表明GSW1孔沉...     

海洋中生源活性气体的来源与迁移转化

海洋生源活性气体主要包括二甲基硫（DMS）、甲烷（CH₄）、氧化亚氮（N₂O）、一氧化碳（CO）、挥发性卤代烃（VHCs）和非甲烷烃（NMHCs）等。它们通过海-气交换进入大气,不仅在全球碳、氮和硫循环中发挥关键作用,而且会直接或间接地对环境和气候变化产生重要影响。海洋释放的活性气体一类属于温室效应气体（CH₄、N₂O、VHCs和CO等）,另一类会在大气中发生化学反应,控制着大气氧化平衡和臭氧浓度（VHCs和NMHCs）。而DMS属于负温室效应气体,其在大气中被快速氧化形成硫酸盐气溶胶,进而对云的形成和辐射强迫产生重要影响。本文综述了国内外海洋生源活性气体的研究现状,着重介绍了DMS、CH₄和N₂O的来源、迁移转化、海-气通量及其影响机制,并指明了该领域存在的科学问题及今后的研究方向。     

春季长江口及其邻近海域海水和大气中CH3I、CH2Br2和CHBr3的浓度分布与海-气通量

测定了2018年春季长江口及其邻近海域海水和大气中碘甲烷(Iodomethane,CH₃I)、二溴甲烷(Dibromomethane,CH₂Br₂)和溴仿(Tribromomethane,CHBr₃)的浓度,研究其在海水和大气中的浓度分布特征,探讨了环境因素对其源汇和浓度分布的影响。调查海域海水中CH₃I、CH₂Br₂和CHBr₃的浓度分别为(5.76±2.50)、(5.38±3.31)和(4.65±3.50)pmol·L^-1,总体呈现出近岸高,远岸低的趋势。调查海域CH₃I的浓度分布受浮游植物的影响显著;CH₂Br₂的分布是多种因素共同作用的结果,其中人为输入是影响CH₂Br₂浓度分布的重要因素之一;CHBr₃的浓度分布受人为输入和浮游植物产生释放的共同影响。垂直方向上,海水上下混合比较均匀,受长江冲淡水和沉积物释放的影响,CH₃I、CH₂Br₂和CHBr₃在表层和底层都观测到浓度高值。大气中CH₃I、CH₂Br₂和CHBr₃浓度分别是(1.06±0.77)、(1.72±1.22)和(1.97±2.12)pptv,总体上呈现近岸高于远岸的趋势,人为排放、海-气交换和气团活动共同影响了大气中挥发性卤代烃(Volatile halocarbons,VHCs)的浓度分布,大气中的CH₂Br₂和CHBr₃存在多种来源,不同来源之间CH₂Br₂和CHBr₃排放比率存在较大差异。CH₃I、CH₂Br₂和CHBr₃的海-气通量分别为(50.21±45.47)、(-1.76±77.43)和(-37.65±87.07)nmol·(m²·d)^-1,表明调查期间长江口及其邻近海域是CH₃I的源,同时也是CHBr₃和CH₂Br₂的汇。     

温度和pCO2对中肋骨条藻释放挥发性卤代烃的影响

挥发性卤代烃(volatilehalocarbon,VHCs)是大气中一类重要的臭氧层破坏者和环境污染物,海洋微藻释放是大气VHCs的重要来源,在调节全球气候中起着至关重要的作用。该研究在2个温度(T=20、25°C)和2个CO₂分压(pCO₂=395、790 mg/L)条件下,模拟研究了温度和pCO₂升高对中肋骨条藻生长和3种VHCs (CHBr₃、CHBr₂Cl和CHBrCl2)释放量的影响。研究结果表明, pCO₂=395 mg/L,T=25°C时,中肋骨条藻的生长情况最佳; pCO₂=790 mg/L, T=20°C时,中肋骨条藻的生长情况最差。温度升高时,CHBr₃、CHBr₂Cl和CHBrCl2的平均浓度分别增加了10.55%、9.45%和12.18%;pCO₂升高时, CHBr₃和CHBrCl2的平均浓度分别降低了19.29%和30....     

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。     

厦门海域大气气溶胶特征

1988年12月至1990年3月,利用中美海气实验厦门观测站,采集了厦门海域107个气溶胶样品,利用离子色谱法和原子吸收分光法测定其中的Na+、Cl-、SO₄2-、NO₃-、NH₄+、Al、Fe、V、Pb、Cu、Cd.本文分析了厦门海域大气气溶胶中物质的浓度分布特征及季节变化规律.结果表明,厦门海域大气气溶胶物质主要来源为海水、土壤尘、煤烟尘和燃油灰,陆源物质具有明显的季节变化,湿季浓度明显低于干季,雨水对大气中颗粒物的清除起着重要作用.     

晚第四纪热带西太平洋海气CO2交换影响因素

探究海气CO₂交换有助于解析全球碳循环和全球气候变化。由于海水和大气的直接接触,研究表层海水碳酸盐系统变化成为探究海气碳交换的关键。基于已有热带西太平洋表层海水碳酸盐系统研究成果,本文总结了有孔虫壳体B/Ca和δ¹¹B指标重建碳酸盐系统参数的原理、方法及优缺点。然后,从厄尔尼诺-南方涛动(El Ni?o-Southern Oscillation, ENSO)、东亚季风以及大气桥梁和海洋隧道三方面综述了晚第四纪热带西太平洋海气CO₂交换影响因素的研究现状。结果显示,类ENSO通过横向平流和垂向变化分别影响热带西太平洋东端和西端的海气碳交换。东亚夏季风对热带西太平洋海气碳交换具有较强的调控作用,而东亚冬季风的调控作用较弱或不明显。冰消期南大洋深部流通状况增强,可通过大气桥梁(大气CO₂)和海洋隧道(南极中层水)影响热带西太平洋海气碳交换。然而,为了更准确清晰地了解全球碳循环变化,还需针对指标记录的可靠性、覆盖范围以及海气碳交换在更长时间尺度的变化机理等方面开展更多研究。     

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。     

东亚地区春季一氧化碳的输送特征研究

以ECMWF ERA-40再分析资料构建的气象场为驱动场,利用全球三维大气化学模式MOZART-2,模拟了2001年3月大气污染物浓度的全球时空分布,并以一氧化碳(CO)作为示踪剂分析了春季东亚污染物向西太平洋地区输送的路线和机制.为了检验模拟结果的合理性,对TRACE-P 期间典型天气过程下的模拟结果与观测结果进行了比较.比较结果显示,模拟结果可以较好地再现2001年春季冷锋过境期间与东南亚深对流运动加强的天气形势下,东亚污染物向西太平洋地区输送的2大主要路径及其特征:(1) 污染物被冷锋系统提升后,在对流层中层向西太平洋快速传输;(2) 强烈的大气对流运动可以导致东南亚生物质燃烧产生的污染物在对流层上层向西太平洋输送.     

舟山地区春季海雾的形成和微物理结构

1985年4-5月在舟山海域对春季海雾的形成和微物理结构进行了现场观测研究.初步结论是海雾由西南或东南暖气流在冷海面上平流冷却形成,有利的天气形势有:鞍型气压场、冷锋、气压东高西低、切变线和弱低压的暖区.海雾的微物理结构因气流来向不同而有差异,可分为两类.在受陆地影响的西及西南气流中的大陆性雾,雾滴浓度较大,达48个/厘米3;雾水中含有较多的NH₄+和SO₄2-,较少的C1-相反,海洋性的东南气流中的海洋性雾,雾滴浓度较低,仅31个/厘米3,NH₄+和SO₄2-的含量少,但要C1-的含量多两类雾中,滴谱分布密度函数也是不相同的.但含水量无多大差别平均为0.10-0.15克/米3,最大值可达0.5克/米3.     

东海陆架近岸区底部界面附近的SO42-

本文研究结果认为,东海陆架近岸区底部上覆水中的SO₄2-浓度,在夏季丰水期普遍低于表层间隙水中的浓度,并由此产生指向上覆水的SO₄2-负通量;秋季的情况正好相反。其原因与季节性的淡水稀释、硫的化学成岩以及生物扰动等因素有关。     

长心卡帕藻应对海洋酸化和升温的环境适应性研究

长心卡帕藻(Kappaphycusalvarezii)是主要生长于热带海域的大型经济红藻,在营养物生物提取方面具有重要的经济和生态价值,作为提取κ-卡拉胶的重要原料,广泛应用于食品和医学等多种行业。由于人类活动导致大气中CO₂浓度持续升高,引发海洋表层海水逐渐酸化和升温,对大型海藻产生耦合效应。因此,本文设置了两种CO₂浓度梯度(450×10^–6和1 200×10^–6)和三种温度梯度(26℃、29℃和32℃),从光合作用、细胞代谢产物、碳氮积累和酶活性方面探讨长心卡帕藻响应海洋酸化和海水升温的环境适应性变化。结果表明, CO₂浓度与温度变化对长心卡帕藻的F_v/F_m影响显著(P<0.05),在两种CO₂浓度条件下,Fv/Fm均随温度升高而增加;酸化条件与非酸化条件下可溶性糖浓度变化趋势相反,海水升温对游离氨基酸浓度影响极显著(P<0.01),在两种CO₂水平下,升温均会降低藻体游离...     

夏季北极太平洋扇区和白令海对流层结构分析

利用我国第六次—第九次北极科学考察雪龙船走航探空数据,计算北极太平洋扇区和白令海的夏季对流层高度,分析对流层内的风速、温度、水汽廓线,从而确定对流层结构,并分析各要素的垂直分布和经向分布特征。结果表明:夏季北极太平洋扇区和白令海的递减率对流层顶、冷点对流层顶平均值分别为10 003 m、10 116 m,对流层高度随纬度增加而降低。夏季北极大气对流层低层和对流层顶存在逆温,对流层顶的逆温高度和厚度随纬度增加而降低。大气可降水量与纬度呈负相关,且集中于对流层中低层。近地面的风速受地表摩擦力的影响较明显,对流层内的风速随高度增加而增大,高空急流的强度和高度随纬度增加而减小,风廓线和急流易受天气尺度过程的影响。研究结果揭示了夏季北极太平洋扇区和白令海的对流层结构,并可用于检验数值预报模式对北极大气垂直结构的预报效果、评估再分析资料描述北极大气垂直结构的能力。     

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。     

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。