Review and suggestions for estimating particulate organic carbon and dissolved organic carbon inventories in the ocean using remote sensing data

Dissolved organic carbon（DOC） and particulate organic carbon（POC） are basic variables for the ocean carbon cycle.Knowledge of the distribution and inventory of these variables is important for a better estimation and understanding of the global carbon cycle.Owing to its considerable advantages in spatial and temporal coverage,remote sensing data provide estimates of DOC and POC inventories,which are able to give a synthetic view for the distribution and transportation of carbon pools.To estimate organic carbon inventories using remote sensing involves integration of the surface concentration and vertical profile models,and the development of these models is critical to the accuracy of estimates.Hence,the distribution and control factors of DOC and POC in the ocean first are briefly summarized,and then studies of DOC and POC inventories and flux estimations are reviewed,most of which are based on field data and few of which consider the vertical distributions of POC or DOC.There is some research on the estimation of POC inventory by remote sensing,mainly in the open ocean,in which three kinds of vertical profile models have been proposed：the uniform,exponential decay,and Gauss models.However,research on remote-sensing estimation of the DOC inventory remains lacking.A synthetic review of approaches used to estimate the organic carbon inventories is offered and the future development of methods is discussed for such estimates using remote sensing data in coastal waters.     

小滦河流域复杂地表碳循环遥感综合试验

遥感综合试验对于遥感科学技术的发展起到重要作用,无论是基础研究还是遥感应用都需要试验提供支撑。从2018年开始,遥感科学国家重点实验室针对遥感自身发展和遥感面向地表圈层深化应用面临的科学问题,在滦河上游流域组织了小滦河流域复杂地表碳循环遥感综合观测试验,本文旨在介绍该试验的目标、区域、观测参数、观测方法以及对未来研究的展望,以期望为今后开展其他遥感试验及相关研究提供有益的参考和帮助。该试验采用星机地协同综合观测的方式,选择主要的在轨运行卫星数据及覆盖此流域的遥感产品作为主要数据;针对典型区域开展航空及无人机遥感试验,搭载光学传感器设备,获取典型区域水热循环、碳循环等关键参数;并同步开展地面观测试验,在典型实验区开展大气、植被和土壤关键参数的精细观测。目前已系统的开展了地面测量试验、无人机遥感试验及航空遥感试验,并同步收集了卫星遥感数据,形成了一套丰富的星—机—地配套遥感实测数据集。在试验的推动下,遥感科学国家重点实验室于2020年在试验区架设了多座综合观测塔,并配置了多种观测设备,开启了长时间序列观测任务,虚拟试验场的构建和机理生态模型的运行也在同步开展。小滦河流域复杂地表碳循环遥感综合试验利用星—机—地一体化的监测方法有效获取了地表水、能量和碳循环的关键参数,为遥感机理模型发展、反演方法检验和尺度转换研究提供了关键的基础数据。目前已用来建立遥感机理模型的综合检验平台,分析和改进传统模型和遥感产品在复杂地表的适用性,阐明流域尺度碳水耦合的物理过程。     

海洋生物泵研究进展

海洋生物泵是以一系列海洋生物为介质将大气中的碳输运到海洋深层的过程,是海洋碳循环的重要组成部分以及未来的研究重点。本文系统地描述了海洋生物泵碳汇几个主要阶段:浮游植物沉降,浮游动物粪球颗粒沉降,透明胞外聚合颗粒物(TEP)沉降和海雪沉降以及碳酸盐反向泵过程。同时,本文对南海生物泵的研究进展进行简要介绍,服务于中国海碳循环。     

海底冷泉系统的碳循环问题及探测

海底冷泉泄漏是全球碳循环过程中重要的一环,该系统分布的广泛性、机制的复杂性、与水合物资源的关联性及相关科学问题的重要性,使之成为海洋科学调查和研究的前沿领域.本研究评述了冷泉泄漏活动涉及到的几个碳循环问题,包括作为甲烷厌氧氧化反应(AOM)产物的碳酸盐在碳循环中的地位、大陆坡深源碳在冷泉泄漏中的贡献以及冷泉泄漏与金属矿产资源的关系等,藉此加深人们对该系统的理解.同时,本研究还介绍了在当前关于碳循环研究过程中,对海底冷泉探测常用的几种重要方法,包括以多波束探测气泡羽流,以坐底式探测器对冷泉泄漏活动进行原位、实时、持续地观测以及一系列近期开展的海底观测网计划.最后讨论了该领域未来发展的趋势及相关的重点问题,以期给相关研究提供一些有益的参考.     

俯冲带的碳循环及其对地球深部动力学过程的启示

俯冲带的碳循环不仅在维持地球表层和地球深部之间的碳平衡方面起着关键的作用,而且还和许多重要的地球深部动力学过程密切相关。热动力学数值模拟和高温高压实验的研究结果表明,俯冲大洋板片中的大多数碳酸盐能够在弧前和弧下深度幸存下来,从而进入更深的地幔中。在地幔过渡带,因为板片滞留所带来的热松弛效应将使幸存下来的碳酸盐以熔体的形式释放出去,其独特的物理化学性质使这些熔体构成了一种有效的交代组分。考虑到地幔过渡带的氧逸度特别低,那些进入未经交代地幔中的碳酸盐熔体将变得不稳定而被还原成其他形式。不过在随后地幔对流上升的过程中,这些被还原的表壳碳又会因为氧逸度在某些临界深度发生突变而氧化熔融,这也许可以解释地幔不同深度所存在的某些高导低速体和地震波各向异性等现象。作为洋壳俯冲的后续过程,陆壳的深俯冲作用也可以将表壳碳带至地幔深处,例如超高压大理岩和碳酸盐化榴辉岩的广泛产出就是最好的证明。超高压变质岩中金刚石的产出表明其构成了表壳碳在地幔深处的一种重要赋存形式,研究显示其形成过程和富碳熔体、流体的活动密切相关。虽然前人针对俯冲带的碳循环已经取得了若干研究进展,然而仍有大量的科学问题亟待解决。最后就一些关键性的问题进行了列举说明,并对未来的研究方向进行了展望。     

古今结合论碳汇、见微知著识海洋

海洋是地球上最大的活跃碳库,发挥着全球气候变化"缓冲器"的作用,研究海洋碳循环过程与储碳机制是当前的国际热点。然而,地球系统的复杂性注定了这个重大命题必须通过学科交叉、古今结合才能取得较全面的认识和新的突破。     

火山活动与深部碳循环的关系

火山活动是导致地球深部碳向地表输送的重要途径之一,它促进了地球层圈物质交换与深部循环作用.目前,火山活动与深部碳循环关系的研究主要集中在: 1)火山喷发向大气圈中输送CO2气体的通量与总量; 2)火山气体的来源及其演变历史; 3)不同类型的火山喷发(例如,大火山岩省、洋中脊和俯冲带火山活动)对地球深部碳循环贡献的差异.文章通过对青藏高原北部阿什库勒火山群1951年阿什火山喷发物斑晶中原生岩浆包裹体和基质玻璃的实验室测定表明,阿什火山喷出的气体成分主要由H2O,CO2,S,Cl和F组成,利用"岩石学方法"计算的阿什火山喷发向大气圈输送的CO2气体总量为1.01×109kg.     

海洋碳循环模式（I）——一个包括海洋动力学环流、化学过程和生物过程的二维碳模式的建立

利用一个全球海洋动力学环流模式所模拟的海洋环流场,建立了一个全面的二维海洋碳循环模式。此模式摒弃了传统箱模式的缺陷,充分考虑了诸如大气与海洋间的碳交换、光合作用和氧化分解、碳酸钙的产生和溶解、悬浮颗粒物的下沉等过程,尤其是在模式中耦合进了以往甚少考虑的海洋生物过程对碳循环的影响,引入了详尽合理的参数化方案。通过模拟发现：在稳定状态下,大气和海洋中总碳含量分布依赖于发生在海洋中的各种物理化学过程及边界条件,水平扩散系数和光合作用常数率对各化学量的分布有很大影响。     

草地生态系统碳循环研究评述

本文就目前草地生态系统碳循环研究的主要问题进行了综述,重点阐述了四个方面的内容：1、草地生态系统碳贮量,包括植被及土壤碳贮量,草地NPP及生物量的分布特征和测定;2、草地土壤呼吸,认为其是草地碳循环中最主要的环节,是目前研究的重点;3、气候及人类活动（开垦和放牧等）对草地生态系统碳循环的影响;4、二氧化碳增加对草地碳循环的可能影响,并对研究工作中的难点做了简要评述。     

湖泊碳循环研究中遥感技术的机遇与挑战

湖泊碳循环是全球碳循环过程中的重要环节,随着全球碳循环研究的不断深入,湖泊碳循环对全球碳循环的影响,以及其对全球气候变化的调节作用越来越受到关注.然而,由于湖泊分布的破碎性(大于0.002 km2的湖泊约有1.17×108个,并零星地分布在全球)和多样性(流域生态多样性,湖泊类型多样性,分布的气候带多样性等),使得全面...