快速变化中北冰洋CO2汇研究进展

作为高纬度吸收CO2重要海区之一,北极气候和生态环境正发生快速变化,这些变化使得北冰洋CO2的源汇格局及相关过程发生相应改变,并带来巨大的不确定性.表层海水CO2分压(pCO2)是评估CO2源汇的重要参考指标,其调控因子较为复杂,特别是对于环境具有区域性显著差异的北冰洋.综合目前国内外对北冰洋碳汇的研究进展,阐述了北冰...     

西北冰洋总碱度与溶解无机碳的分布

2008年7～9月,中国进行了第三次北极科学考察。本研究即利用此次宝贵的科学考察机会,在西北冰洋现场采集大量的海水样品,进行二氧化碳体系（主要包括总碱度(TA),和溶解无机碳(DIC)等）研究。得到了西北冰洋二氧化碳体系参数的分布,并对其控制因素进行了讨论。夏季西北冰洋表层海水总碱度（TA）、盐度归一化总碱度（nTA,nTA =TA*35/S）、溶解无机碳（DIC）和盐度标准化溶解无机碳（nDIC,nDIC=DIC*35/S）的范围分别为1757～2229μmol kg-1,2383～2722μmol kg-1,1681～2034μmol kg-1,2119～2600μmol kg-1。由于受到河水和海冰融化水的稀释,表层DIC和TA的浓度都比较低。78°N以南西北冰洋上层水柱中TA与盐度有良好的正相关关系,比较保守,在盐度大于30时,主要是海水端元与河水端元混合,在盐度小于30时主要是海水端元与海冰融化水端元的混合。在楚科奇海,DIC分布主要受到有机质生产或降解的主控,而加拿大海盆无冰区混合层DIC分布的主控因素是海水与海冰融化水的保守混合。     

海冰在海气交换中的作用及其与海雾的关系

本文用了 1 999年夏季中国首次北极科学考察队对海冰、大气和海洋进行的同步和准同步的综合立体观测所获取的资料 ,研究海冰在海 气相互作用中扮演的角色。发现海冰的种类、分布、冰厚等变化对海气热交换都有重要影响。在浮冰区海洋以潜热的形式向大气输送热量 ,潜热通量与浮冰密集度的大小密切有关 ,浮冰越少潜热通量越大 ,潜热通量约为2 1～ 2 3 .6W /m2 ,潜热通量大于感热通量 ;在冰盖和大浮冰块上 ,大气以感热的形式向冰雪面上输送热量。新生的浮冰区或冰间湖是海气热交换最激烈的地方 ,是气候最敏感的区域 ,是北冰洋蒸汽雾生成的重要条件。用层结大气整体动力学输送法 ,计算了一次大范围的蒸汽雾过程的海气热交换 ,海洋向大气输送的热量总功率约为 1 4 8亿千瓦 ,相当于中国发电能力的 69倍 ,相当于大西洋向北冰洋输送热量平均功率的 1 / 2 0。北冰洋的夏季能够形成各种类型的海雾 :辐射雾、蒸汽雾和平流雾 ,其重要原因就是因为海冰的存在 ,使下垫面的性质复杂化 ,海气交换复杂化。     

中国东南部植被NPP的时空格局变化及其与气候的关系研究

基于2001~2010年MOD17A3年均NPP数据和气象站点气温、降水资料,利用GIS空间分析技术和数理统计方法研究中国东南部植被NPP的时空格局、动态变化及与气候要素的关系。结果表明,中国东南部植被年均NPP总体上呈现从南到北、由东至西逐渐减少的分布,不同植被类型的NPP存在明显差异,以常绿阔叶林最高,落叶针叶林最低。2001~2010年间,植被NPP整体上略有减少。空间上植被NPP在南部地区明显减少,而在北部地区明显增加。植被NPP与降水和气温的相关性均表现出明显的地域差异。     

西北冰洋楚科奇海台08P23孔氧同位素3期以来的古海洋与古气候记录

通过中国第三次北极科学考察在北冰洋楚科奇海台采集的08P23孔样品的多项指标分析以及与其他孔的沉积记录综合对比,将08P23孔沉积物初步分为氧同位素3期(MIS 3)-MIS 1的沉积序列。MIS 3以来,楚科奇海台08P23孔可以识别出5个显著的冰筏碎屑(Ice-Rafted Detritus,IRD)事件,分别出现在MIS 2和MIS 3。其中,MIS 3的IRD事件中碎屑碳酸盐岩主要来自于加拿大北极群岛分布广泛的古生代碳酸盐岩露头,MIS 2的IRD事件中碎屑石英可能来源于欧亚大陆边缘。该孔大部分层位浮游有孔虫左旋厚壁新方球虫Neogloboquadrina pachyderma(sinistral)(Nps)的δ18O和δ13C都轻于表层沉积物中的平均值。MIS 3中两个褐色层中偏轻的Nps-δ18O和Nps-δ13C值是由冰融水造成;MIS 1和MIS 3灰色层中偏轻的Nps的δ18O和δ13C值指示海冰形成速率的提高,导致轻同位素卤水的生产和下沉。MIS 2的Nps的δ18O和δ13C值变化趋势相反,是因为温度急剧降低导致Nps-δ18O变重,海水冻结成冰,海气交换明显降低使得Nps-δ13C偏轻。MIS 1和MIS 3的Nps的δ18O和δ13C受到融冰水或轻同位素卤水影响导致同时偏轻。     

夏季北冰洋楚科奇海微微型、微型浮游植物和细菌的丰度分布特征及其与水团的关系

本文利用2008年我国第三次北极科学考察的机会,分析了夏季楚科奇海微微型、微型浮游植物和细菌丰度的分布特征,并探讨了它们与楚科奇海水团之间的关系。结果表明：与北冰洋的其它海域相比,楚科奇海的微型浮游植物丰度相对较高（0.03~10.23×103 cells/mL）,微微型浮游植物则大致相同（0.01~2.21×103 cells/mL）,而浮游细菌丰度明显较高（0.21~9.61×106 cells/mL）。白令海陆架水与海冰融化混合水和阿纳德尔水浮游植物群落结构不同,夏季随着太平洋水入流水对楚科奇海的日益影响,其水体本身的群落结构可能被外来群落替代。     

黑河流域植被水分利用效率时空变化特征及其与气候因子的关系

利用中分辨率成像光谱仪（MODIS）产品总初级生产力（GPP）、蒸散发（ET）及气象数据估算了黑河流域植被水分利用效率（WUE）,分析了WUE的时空变化及与气候因子的相关性。结果表明：2005-2014年黑河流域单位面积上多年平均GPP为314.44 gC·m^-2,ET为363.35 mm,多年平均植被WUE为1.15 gC·mm^-1H₂O·m^-2;黑河流域WUE总体呈由南向北递增的空间分布格局,年内呈现单峰型结构,WUE高值区分布在酒泉-临泽东西线上及额济纳斯荒漠河岸林地带,托勒的东南部地区为WUE低值区;黑河流域生态系统WUE具有明显的季节变化规律,表现为夏季 > 春季 > 秋季 > 冬季的特征,夏季为1.32 gC·mm^-1H₂O·m^-2,冬季为0.75 gC·mm^-1H₂O·m^-2;水分利用效率年均分布与倾向率的增加具有一定的对应关系,莺落峡、民乐一带是WUE的高值区也是整个流域倾向率快速增长区,在WUE稳定性方面,中下游绿洲区变化最为显著,上游高海拔区、中下游戈壁区变化不显著;WUE与年降水量、年平均气温以负相关为主,其中降水是影响植被WUE的主要因素,正相关的区域分布在山丹县、民乐县东部、肃南裕固族自治县南部湖泊区域,而气温只在下游绿洲区呈正相关。     

青海湖高寒湿地生态系统CO2通量和水汽通量间的耦合关系

利用涡度相关技术对青海湖高寒湿地生态系统不同时间尺度CO₂通量和水汽通量间的耦合关系进行了研究。结果显示：不同天气条件下青海湖高寒湿地生态系统30 min净CO₂交换量（NEE）与水汽通量间均显示了极显著负相关关系（P<0.0001）;30 min总生态系统生产力（GEP）与水汽通量呈极显著线性正相关关系（P<0.0001）;阴天水汽通量参与生态系统净CO₂交换和生态系统总碳吸收的比例最高。月均30 min NEE与水汽通量呈极显著线性负相关（R²=0.71,P<0.0001）。从植物返青期、生长期至枯草期,月均30 min的GEP与水汽通量不仅呈极显著线性正相关（P<0.0001）,且在生长期和枯黄期阶段表现出极显著一元二次多项式关系（P<0.0001）。在日尺度上,NEE日总量与日蒸散量呈极显著一元二次多项式负相关关系（R²=0.58,P<0.0001）;GEP日总量与日蒸散量呈极显著指数正相关（R²=0.42,P<0.0001）。在月尺度上,NEE月总量与月蒸散量呈极显著线性负相关（R²=0.60,P<0.0001）,两者还表现为极显著一元二次多项式负相关关系（R²=0.63,P<0.0001）。GEP月总量与月蒸散量呈极显著线性正相关（R²=0.51,P<0.0001）,且表现出极显著指数正相关关系（R²=0.64,P<0.0001）。     

泥河水库春季水-气界面二氧化碳通量与其影响因子的相关性分析

利用静态箱-气相色谱法对泥河水库春季水-气界面二氧化碳通量值进行连续24h观测,对其变化趋势及影响因素加以分析。结果表明:泥河水库24h均为大气CO2的源,其碳通量均值为26.50mg/(m2·h),全天源的极大值出现在1∶00为32.38mg/(m2·h),源的极小值出现在13∶00为20.15mg/(m2·h)。在春季影响泥河水库水-气界面CO2通量变化的主要因素是气温、叶绿素和风速,相关系数分别为0.671、0.625、0.253。结论:水库水-气界面CO2通量的变化是多种因素共同作用的结果,春季水库是大气CO2主要碳源之一。