基于海水环境和气象参数经验公式估算的东海海-气CO2通量

使用World Ocean Altas 2009提供的气候态月平均温度、盐度和磷酸盐浓度资料,以及Globalview和NCEP的大气资料,借助较为可靠的经验公式,估算了东海海表CO2分压(pCO2)和海-气CO2通量的平均分布特征和季节变化。结果表明,pCO2的空间分布形态四季大体相同,但其强度随季节变化,春、冬季低,夏、秋季高。CO2通量在东海陆架区为汇,汇的强度从NW向SE逐渐减弱;在黑潮区为源,强度从SW向NE逐渐减弱。东海整体于春、冬季为CO2的汇,夏、秋季为CO2的源。进一步分析东海pCO2和CO2通量季节变化的主要影响因子表明,东海海表pCO2变化主要受温度控制,而在陆架区,盐度和磷酸盐的作用不可忽略。东海整体CO2通量变化在4至10月由风速主导,11月至翌年3月由海表pCO2控制;陆架区CO2通量的季节变化主要由风速决定;黑潮区CO2通量的变化在夏季由风速主导,秋季由风速和pCO2共同影响。     

SST产品误差在海-气CO_2通量计算中的传递及贡献分析

海-气界面CO2通量的估算对于碳的生物地球化学循环和全球气候变化等研究具有重要的意义,利用遥感手段是进行全球尺度海表面碳通量估算的唯一手段,但是由于不确定性的存在限制了海-气界面CO2通量遥感估算产品在决策应用上的可靠性。本文通过建立海-气界面CO2通量直接控制参量(气体交换速率k、海表面CO2溶解度S和海表面CO2分压pCO2sw)误差结构图,以通量估算的主要影响因子——海表温度(SST)为例,建立了SST在通量计算中的误差传递流程图,并采用Monte Carlo方法模拟了SST误差在通量计算中的传递规律和对最终误差的贡献。结果表明在遥感SST误差为±0.5°C并为正态分布的假设下,误差在k、S计算中的传递为指数分布和近似指数分布,而在pCO2sw模型计算中为正态分布,最终在通量FC O中的传递为指数分布;在大气CO22分压为固定值370μatm的情况下,SST对最终的通量结果带来的误差为±1.2mmol/(m2·d)左右。本文以SST为例,提供了一种通量计算中遥感参数误差传递和贡献的计算方法,可以为其它遥感获取的参量提供分析依据和参考。     

基于南海观测平台的海-气界面CO_2通量研究

利用南海北部的海上综合观测平台,开展了基于涡相关方法的海-气界面CO2通量的长期观测,得到了2010年9月至2012年9月近2年的海-气界面CO2通量数据,结果分析表明,观测平台附近海域全年表现为一个碳汇,年平均值为-0.088 mg m-2s-1,存在明显的季节变化规律,秋冬季节海洋表现为一个强碳汇,春季海洋依然是一个碳汇,但强度明显减弱,而夏季海洋呈现不稳定的源汇变化特征;从日周期特征上看,夜间通量强度较强,白天减弱;进一步的分析表明,海上风和大气稳定性对海-气界面CO2通量有明显的贡献。     

遥感SST产品误差在海-气CO2通量计算中的传递及贡献分析

海-气界面CO2通量的估算对于碳的生物地球化学循环和全球气候变化等研究具有重要的意义,利用遥感手段是进行全球尺度海表面碳通量估算的唯一手段,但是由于不确定性的存在限制了海-气界面CO2通量遥感估算产品在决策应用上的可靠性。本文通过建立海-气界面CO2通量直接控制参量(气体交换速率k、海表面CO2溶解度S和海表面CO2分压pCO2sw)误差结构图,以通量估算的主要影响因子—海表温度（SST）为例,建立了SST在通量计算中的误差传递流程图,并采用Monte Carlo方法模拟了SST误差在通量计算中的传递规律和对最终误差的贡献。结果表明在遥感SST误差为0.5℃并为正态分布的假设下,误差在k、S计算中的传递为指数分布和近似指数分布,而在pCO2sw模型计算中为正态分布,最终在通量FCO2中的传递为指数分布;在大气CO2分压为固定值370μatm的情况下,SST对最终的通量结果带来的误差为1.2mmol?m-2?day-1左右。本文以SST为例,提供了一种通量计算中遥感参数误差传递和贡献的计算方法,可以为其他遥感获取的参量提供分析依据和参考。     

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。     

白令海BR断面海-气CO2通量及其参数特征

通过对2008年夏季白令海大气和海水pCO2连续观测资料,结合BR断面上站位水体垂直采样测量,对白令海不同海区pCO2的分布特征及其与理化参数的关系进行了初步研究,结果表明,将白令海划分为4个具有不同CO2吸收能力的海区,其中陆坡流区碳通量高达-18.72 mmol/(m2·d),是海盆北区的近2倍,比海盆南区高一个量...     

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。     

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。     

全球大洋季节内尺度上海-气相互作用特征分析

判定局地海-气相互作用的特征对海-气耦合模式中应用哪种形式的“强迫模拟”具有重要指导作用。本文根据海表热通量异常与海表温度异常及海表温度变率之间的相关关系,对全球大洋季节内尺度上的海-气相互作用特征进行了综合分析。结果表明:(1)南、北半球亚热带地区海-气相互作用的特征主要表现为大气对海洋的强迫,且在夏季(北半球为6—8月,南半球为12—翌年2月)强迫作用的范围最大,冬季强迫作用的范围最小;(2)赤道中、东太平洋及赤道大西洋地区海-气相互作用的特征全年表现为海洋对大气的强迫,印度洋索马里沿岸、阿拉伯海以及孟加拉湾地区仅在6—8月表现出海洋强迫大气的现象,而孟加拉湾则在9—11月表现为大气强迫海洋;(3)45°N(S)以上的高纬度地区海表温度的异常和变率无法用局地热通量的交换来解释,这是因为该区域海表温度的变化主要由平流等海洋内部动力过程决定,因此海-气之间在季节内尺度上的相互作用不明显。在某些海区,季节内尺度上的海-气相互作用关系与季节以上时间尺度的这种关系可能会有明显不同。     

夏季东海西部表层海水中的pCO2及海-气界面通量

根据2001年夏季长江口及东海西部海域表层海水pCO     

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。     

河流-河口-近海连续体碳循环研究进展

河流-河口-近海连续体(简称连续体)是连接陆地和大洋的过渡地带,也是目前全球碳收支估算的薄弱环节.这个复杂的海陆交互生态系统不仅可以通过光合作用、溶解作用吸收大气中的CO2,陆地和流域光合作用或化学风化作用固定的碳也可以被横向输送到陆架和大洋中.本文以国际上著名的切萨皮克湾以及长江-长江口-东海等为例,综述了连续体碳循...     

冬季九龙江河口表层水体N_2O分布特征及海气通量的初步研究

氧化亚氮（N2O）因其强温室效应和潜在的臭氧破坏作用备受关注.大量研究显示河口区域,特别是人为氮源输入影响严重的区域是N2O的重要源区.随着氮肥施用量的快速增加,中国大陆河口区域对全球N2O收支势必有较大的贡献.本文研究了2009年冬季九龙江口表层水N2O浓度的分布特征及其影响因素,并评估了其海气通量.研究结果显示,冬季九龙江河口表层水体N2O浓度从盐度低至0.3时的81.7±1.7 nmol/dm3下降至盐度为27.2时的14.1±0.2 nmol/dm3,相应盐度下其饱和度分别为754%和138%;九龙江河口为大气N2O的强源区.与NO3-N、NO2-N、NH4-N等营养盐浓度的分布特征相比较可推测,2009年冬季N2O在九龙江河口的混合过程中呈不保守状态,部分N2O可能通过海气混合过程从水体迁移出.N2O的海气通量呈由高盐处向低盐处递增的趋势,变化范围在3~94μmol/（m2.d）之间.     

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。     

Global air-sea surface carbon dioxide transfer velocity and flux estimated using 17 a altimeter data and a new algorithm

The global distributions of the air-sea CO2 transfer velocity and flux are retrieved from TOPEX/Poseidon and Jason altimeter data from October 1992 to December 2009 using a combined algorithm. The 17 a average global, area-weighted, Schmidt number-corrected mean gas transfer velocity is 21.26 cm/h, and the full exploration of the uncertainty of this estimate awaits further data. The average total CO2 flux （calculated by carbon） from atmosphere to ocean during the 17 a was 2.58 Pg/a. The highest transfer velocity is in the circumpolar current area, because of constant high wind speeds and currents there. This results in strong CO2 fluxes. CO2 fluxes are strong but opposite direction in the equatorial east Pacific Ocean, because the air-sea CO2 partial pressure difference is the largest in the global cceans. The results differ from the previous studies calculated using the wind speed. It is demonstrated that the air-sea transfer velocity is very important for estimating air-sea CO2 flux. It is critical to have an accurate estimation for improving calculation of CO2 flux within climate change studies.     

Global air-sea surface carbon-dioxide transfer velocity and flux estimated using ERS-2 data and a new parametric formula

Using data from the European remote sensing scatterometer（ERS-2） from July 1997 to August 1998,global distributions of the air-sea CO₂ transfer velocity and flux are retrieved.A new model of the air-sea CO₂ transfer velocity with surface wind speed and wave steepness is proposed.The wave steepness（5） is retrieved using a neural network（NN） model from ERS-2 scatterometer data,while the wind speed is directly derived by the ERS-2 scatterometer.The new model agrees well with the formulations based on the wind speed and the variation in the wind speed dependent relationships presented in many previous studies can be explained by this proposed relation with variation in wave steepness effect.Seasonally global maps of gas transfer velocity and llux are shown on the basis of the new model and the seasonal variations of the transfer velocity and llux during the 1 a period.The global mean gas transfer velocity is 30 cm/h after area-weighting and Schmidt number correction and its accuracy remains calculation with in situ data.The highest transfer velocity occurs around 60°N and 60°S,while the lowest on the equator.The total air to sea CO₂ llux（calculated by carbon） in that year is 1.77 Pg.The strongest source of CO₂ is in the equatorial east Pacific Ocean, while the strongest sink is in the 68°N.Full exploration of the uncertainty of this estimate awaits further data.An effectual method is provided to calculate the effect of waves on the determination of air-sea CO₂ transfer velocity and fluxes with ERS-2 scatterometer data.     

气体交换速率和时间平均尺度对海-气碳通量估计的影响

基于卫星资料建立的CCMP风场、ECMWF波浪和最新CO₂分压数据, 分别用4种以风速为单参数和2种包含海况影响的双参数气体交换速率公式, 估算了全球海-气CO₂通量, 发现前者的结果比后者平均小30%左右, 从整体上看, 与单参数公式相比, 双参数公式使得海洋中CO₂源和汇的强度均明显增强。在此基础上, 讨论了时间平均尺度对海-气CO₂通量估计的影响, 结果表明, 标量平均法比矢量平均具有更好的稳定性, 但依然使得短时间平均比长时间平均得到的CO₂通量值要大, 月平均与6 h平均相比, 单参数公式和双参数公式分别使海洋的净吸收量减少33%和5%, 说明双参数公式具有较好的稳定性。研究还发现, 1988-2009年间, 全球平均风速有增大的趋势, 2006年前后出现一个极大值, 但相应的CO₂年净通量基本保持稳定, 甚至其绝对值有所减小、海洋的吸收能力减弱的倾向。     

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。