夏季白令海和西北冰洋二氧化碳體系研究.pdf

1、北極地區(qū)是對(duì)全球變化響應(yīng)和反饋?zhàn)蠲舾械牡貐^(qū)之一，由全球變化引發(fā)的以夏季北極海冰快速減薄、退縮為代表的一系列北極快速變化過程，舉世矚目，吸引了全世界全球變化研究者的目光。欣逢50年一遇的第4個(gè)國(guó)際極地年（IPY），作為IPY中國(guó)行動(dòng)計(jì)劃的重點(diǎn)考察計(jì)劃之一，2008年7～9月，中國(guó)進(jìn)行了第三次北極科學(xué)考察。本研究即利用此次寶貴的科學(xué)考察機(jī)會(huì)，在白令海與西北冰洋進(jìn)行海—?dú)釩O2走航觀測(cè)以及現(xiàn)場(chǎng)采集大量的海水樣品進(jìn)行二氧化碳體系（包括pH，總堿

2、度（TA），溶解總無機(jī)碳（DIC）等）研究，總共采集121個(gè)站位共1166份海水樣品，其中白令海35個(gè)站位，北冰洋86個(gè)站位，每個(gè)站位都進(jìn)行全深度采樣測(cè)量。 本研究通過對(duì)白令海和西北冰洋的二氧化碳體系進(jìn)行深入研究，闡述CO2體系在白令海和西北冰洋的分布狀況，揭示造成其分布變化規(guī)律的主要影響因素，評(píng)估快速變化中的北極碳通量及其未來變化，借此增加我們對(duì)白令海和西北冰洋碳通量對(duì)北極快速變化響應(yīng)的理解與認(rèn)識(shí)。 本論文主要研究結(jié)果

3、如下： 1、夏季白令?？傮w上表現(xiàn)為大氣CO2的匯區(qū)。夏季白令海表層海水pCO2的分布狀況為：中部陸架區(qū)<海盆區(qū)<東北部陸架區(qū)<白令海峽上升流區(qū)。其中，白令海中部陸架區(qū)為213±34μatm（148～301μatm）；白令海盆區(qū)平均pCO2值為297±51μatm（178～374μatm）；而白令海東側(cè)陸架由于受徑流沖淡水影響，pCO2值上升到為332±30μatm（277～387μatm）；此外，在白令海峽觀測(cè)到有局部上升流區(qū)，

4、由于底層水中含有較多的CO2，其pCO2值上升至476±68μatm（302～562μatm）。 2、對(duì)白令海不同區(qū)域的pCO2主要調(diào)控因子的分析表明，夏季白令海盆區(qū)pCO2的分布主要與表層水溫（由北向南增溫）密切相關(guān)，受溶解度泵（物理泵）主控；陸架區(qū)則不同，由于高生產(chǎn)力的影響，生物泵成為pCO2的主要調(diào)控因子。但其中，東北部陸架由于受到徑流沖淡水影響，pCO2受水團(tuán)非保守混合影響，情況相對(duì)復(fù)雜；在陸架上升流區(qū)，pCO2受到水文

5、物理因素的主控，雖然生產(chǎn)力和葉綠素都很高，但是仍為一個(gè)源區(qū)；而在白令海峽，則受到不同水團(tuán)及其混合的主控，這些水團(tuán)共同通過狹窄的白令海峽，向北流入北冰洋。 3、對(duì)CO2體系參數(shù)的分析研究表明：夏季白令海表層水DIC、TA值的范圍分別為DIC：1827～2145μmol kg—1，TA：2097～2244μmol kg—1。夏季白令海表層TA分布主要受淡化作用等因素的影響，而DIC由于受到多種因素綜合影響呈現(xiàn)出復(fù)雜的變化。白令海上層

6、水柱中TA主要受水團(tuán)保守混合等過程影響，沒有明顯的碳酸鈣溶解/沉淀等變化過程的影響。利用鹽度標(biāo)準(zhǔn)化（S=35）去掉蒸發(fā)或淡化的影響之后（分別表示為nDIC和nTA），從nDIC與nTA的相關(guān)關(guān)系表明，nTA與nDIC的數(shù)據(jù)點(diǎn)的分布明顯更加集中，而且成負(fù)相關(guān)的關(guān)系，其△nTA/A△DIC值接近Radfield比值，說明生物作用對(duì)夏季白令海上層水體DIC影響顯著，成為主要控制因子。 4、用平均風(fēng)速和平均pCO2估算白令海測(cè)區(qū)的陸架陸

7、坡區(qū)和海盆區(qū)?！?dú)釩O2通量分別為—12，3 mmol m—2 d—1和—7．6 mmol m—2 d—1，白令海每年吸收～30Tg C。 5、整個(gè)西北冰洋測(cè)區(qū)在夏季對(duì)于大氣CO2都是不飽和的。西北冰洋的pCO2的大致分布狀況是：楚科奇海區(qū)<加拿大海盆海冰區(qū)<門捷列夫海脊區(qū)<加拿大海盆無冰區(qū)。夏季楚科奇海陸架整體pCO2值都很低，在132～301μatm之間波動(dòng)，平均值為200μatm。而陸坡區(qū)則明顯升高，自陸架邊緣的218μa

8、tm低值劇烈遞增到367μatm。陸架區(qū)由于源自北太平洋富含營(yíng)養(yǎng)鹽入流水的注入，保持著高速率的非常高的季節(jié)性初級(jí)生產(chǎn)力和凈群落生產(chǎn)力，生物作用對(duì)CO2的強(qiáng)吸收導(dǎo)致了海水pCO2的低值，這是保持楚科奇海在夏季是一個(gè)強(qiáng)匯區(qū)的主要原因。在陸架坡折處，pCO2值由陸坡向海盆開始遞增，并且在75°N，155°W為中心的海盆形成了一個(gè)高值區(qū)（303～363μatm），這是由于早期初級(jí)生產(chǎn)的有機(jī)質(zhì)再礦化造成的，也受到了富含有機(jī)質(zhì)的河流水的影響。除了7

9、5°N，155°W為中心的高值區(qū)外，加拿大海盆的pCO2并不高，范圍為230～303μatm，主要是受冰藻等浮游植物對(duì)CO2的生物吸收作用、低pCO2水向海盆的水平輸運(yùn)，以及水團(tuán)北向輸運(yùn)冷卻造成的。 6、西北冰洋表層TA、nTA、DIC、和nDIC的范圍分別為1757～2229μmol kg—1，2383～2722μmol kg—1，1681～2034μmol kg—1和2119～2600μmol kg—1。海盆區(qū)的TA、DIC

10、，陸坡區(qū)的DIC和陸架陸坡區(qū)的TA與鹽度呈現(xiàn)很好的線性關(guān)系，呈現(xiàn)保守混合。其中海盆區(qū)和陸坡區(qū)△nTA幾乎與△nDIC同步變化，△nTA/△nDIC值約為1，表明海盆區(qū)和陸坡區(qū)水體碳酸鹽體系主要是由保守混合所主控。在楚科奇海的陸架區(qū)，DIC在鹽度29到33的區(qū)域有強(qiáng)烈的生物去除過程，而在低鹽和高鹽端相對(duì)保守。 7、楚科奇海陸架區(qū)和陸坡區(qū)的平均?！?dú)釩O2通量為—16．5和—6．7 mmol m—2 d—1，得到楚科奇海區(qū)年吸收CO