近岸水體CO2季節(jié)和季節(jié)內(nèi)短期變化特征及調(diào)控機(jī)制研究——基于浮標(biāo)觀測(cè).pdf

1、由于地處海陸交互帶以及受人類活動(dòng)的擾動(dòng)，近岸水體（如河口）的碳循環(huán)過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜、多變，這種復(fù)雜的變化過(guò)程通常也表現(xiàn)于海水二氧化碳分壓(pCO2)隨時(shí)間的劇烈波動(dòng)，因而特別需要長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)觀測(cè)，以甄別CO2在不同時(shí)間尺度上的變化規(guī)律及其調(diào)控機(jī)制。
　　 本研究主要基于浮標(biāo)的定點(diǎn)觀測(cè)。觀測(cè)點(diǎn)地處杭州灣口，位于122.37°E30.55°N，水深約30m，受到長(zhǎng)江和錢塘江陸源徑流和潮汐混合的顯著影響，并具懸浮顆粒物濃度高的特征。觀測(cè)參

2、數(shù)包括海表pCO2、大氣pCO2及其它相關(guān)環(huán)境參數(shù)，觀測(cè)頻率為3小時(shí)一次。本論文基于觀測(cè)點(diǎn)近一年(2010年8月至2011年9月)的連續(xù)觀測(cè)數(shù)據(jù)，研究了海表pCO2在不同時(shí)間尺度上的動(dòng)力學(xué)變化特征及主要調(diào)控機(jī)制，并定量探討了海表pCO2隨時(shí)間變異對(duì)海表pCO2測(cè)定以及海-氣CO2通量估算的影響。
　　 從季節(jié)尺度觀之，觀測(cè)點(diǎn)海表pCO2表現(xiàn)出夏季最高、冬季最低的特征，季節(jié)差異達(dá)近300μatm，其中，夏季海表pCO2變異尤為劇烈

3、。從季節(jié)內(nèi)短時(shí)間尺度觀之，在日時(shí)間尺度上，冬、春季海表pCO2表現(xiàn)出反向的半日潮變化特征（一日內(nèi)出現(xiàn)兩個(gè)極大值和兩個(gè)極小值，其中極小值與高潮位相對(duì)應(yīng)，極大值與低潮位相對(duì)應(yīng)），日變幅平均約為20μatm和60μatm;夏季海表pCO2日變幅平均約為130μatm，大潮期間表現(xiàn)出反向的半日潮變化特征，小潮期間則與生物周期變化相關(guān)。在大小潮時(shí)間尺度上，冬季觀測(cè)點(diǎn)海表pCO2日均值大小潮變幅平均約為30μatm;春季海表pCO2日均值表現(xiàn)出小潮

4、期間較高，大潮期間較低的特征，大小潮變幅平均約為65μatm;夏季海表pCO2日均值則表現(xiàn)出小潮期間降低的特征，大小潮變幅平均約為280μatm。
　　 溫度是調(diào)控觀測(cè)點(diǎn)海表pCO2季節(jié)變化的主要因子，但其對(duì)海表pCO2季節(jié)內(nèi)短期變化的影響則比較有限。觀測(cè)點(diǎn)海表pCO2季節(jié)內(nèi)短期變化主要受水團(tuán)混合和生物新陳代謝的調(diào)控。在日時(shí)間尺度上，冬、春季以及夏季大潮期間海表pCO2主要受控于潮汐混合，夏季小潮期間則顯著受到生物新陳代謝的影響

5、;在大小潮時(shí)間尺度上，冬季海表pCO2日均值大小潮變化主要與溫度和河流沖淡水的影響有關(guān)，春季顯著受到潮流驅(qū)動(dòng)的垂向混合的影響，夏季則主要受到小潮期間生物光合生產(chǎn)的調(diào)控。夏季觀測(cè)點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)水體培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的表層水體群落呼吸速率僅約為2.3μmolO2/(L·d)，表明生物呼吸作用（有機(jī)物分解）對(duì)觀測(cè)點(diǎn)海表pCO2日變化的影響是比較有限的。觀測(cè)點(diǎn)水質(zhì)渾濁，懸浮顆粒物濃度高，生物光合生產(chǎn)顯著受到光的限制。與其它時(shí)期不同，在夏季小潮期間，觀測(cè)點(diǎn)水

6、質(zhì)較清(濁度≤10NTU)，且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，致使光合作用明顯增強(qiáng)。通過(guò)比較海表流速與海表鹽度的相關(guān)性，推測(cè)海水層化很可能是冬季和春季觀測(cè)點(diǎn)海表pCO2日均值隨大小潮變化表現(xiàn)出差異的主要原因。此外，本研究利用端元混合模型模擬了觀測(cè)點(diǎn)水團(tuán)混合過(guò)程，通過(guò)與實(shí)測(cè)結(jié)果的比較發(fā)現(xiàn)，觀測(cè)點(diǎn)海表pCO2不僅與水團(tuán)的混合有關(guān)，還可能與水團(tuán)的停留時(shí)間密切相關(guān)。
　　 此外，本研究還定量評(píng)估了不同采樣頻率對(duì)海表pCO2測(cè)定以及海-氣CO2通量估算的影響

7、。在1季一次的采樣頻率下，觀測(cè)點(diǎn)年平均海表pCO2和海-氣CO2通量不確定性分別約為±34％和±136％，在1月一次的采樣頻率下，不確定性分別約為±16％和±63％，在7天一次的采樣頻率下，不確定性分別約為±4％和±15％，在1天一次的采樣頻率下，不確定性分別約為小于±1％和±2％。此外，利用同樣方法對(duì)大氣pCO2和風(fēng)速隨時(shí)間變異性對(duì)海-氣CO2通量估算的影響進(jìn)行了評(píng)估。結(jié)果表明，觀測(cè)點(diǎn)海-氣CO2通量估算的不確定性主要取決于風(fēng)速和海表