近岸水體CO2季節(jié)和季節(jié)內短期變化特征及調控機制研究——基于浮標觀測.pdf

1、由于地處海陸交互帶以及受人類活動的擾動，近岸水體（如河口）的碳循環(huán)過程相當復雜、多變，這種復雜的變化過程通常也表現于海水二氧化碳分壓(pCO2)隨時間的劇烈波動，因而特別需要長時間的連續(xù)觀測，以甄別CO2在不同時間尺度上的變化規(guī)律及其調控機制。
　　 本研究主要基于浮標的定點觀測。觀測點地處杭州灣口，位于122.37°E30.55°N，水深約30m，受到長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。觀測參

2、數包括海表pCO2、大氣pCO2及其它相關環(huán)境參數，觀測頻率為3小時一次。本論文基于觀測點近一年(2010年8月至2011年9月)的連續(xù)觀測數據，研究了海表pCO2在不同時間尺度上的動力學變化特征及主要調控機制，并定量探討了海表pCO2隨時間變異對海表pCO2測定以及海-氣CO2通量估算的影響。
　　 從季節(jié)尺度觀之，觀測點海表pCO2表現出夏季最高、冬季最低的特征，季節(jié)差異達近300μatm，其中，夏季海表pCO2變異尤為劇烈

3、。從季節(jié)內短時間尺度觀之，在日時間尺度上，冬、春季海表pCO2表現出反向的半日潮變化特征（一日內出現兩個極大值和兩個極小值，其中極小值與高潮位相對應，極大值與低潮位相對應），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。在大小潮時間尺度上，冬季觀測點海表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日均值則表現出小潮期間降低的特征，大小潮變幅平均約為280μatm。
　　 溫度是調控觀測點海表pCO2季節(jié)變化的主要因子，但其對海表pCO2季節(jié)內短期變化的影響則比較有限。觀測點海表pCO2季節(jié)內短期變化主要受水團混合和生物新陳代謝的調控。在日時間尺度上，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，春季顯著受到潮流驅動的垂向混合的影響，夏季則主要受到小潮期間生物光合生產的調控。夏季觀測點現場水體培養(yǎng)實驗所測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（有機物分解）對觀測點海表pCO2日變化的影響是比較有限的。觀測點水質渾濁，懸浮顆粒物濃度高，生物光合生產顯著受到光的限制。與其它時期不同，在夏季小潮期間，觀測點水

6、質較清(濁度≤10NTU)，且持續(xù)時間長，致使光合作用明顯增強。通過比較海表流速與海表鹽度的相關性，推測海水層化很可能是冬季和春季觀測點海表pCO2日均值隨大小潮變化表現出差異的主要原因。此外，本研究利用端元混合模型模擬了觀測點水團混合過程，通過與實測結果的比較發(fā)現，觀測點海表pCO2不僅與水團的混合有關，還可能與水團的停留時間密切相關。
　　 此外，本研究還定量評估了不同采樣頻率對海表pCO2測定以及海-氣CO2通量估算的影響

7、。在1季一次的采樣頻率下，觀測點年平均海表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，利用同樣方法對大氣pCO2和風速隨時間變異性對海-氣CO2通量估算的影響進行了評估。結果表明，觀測點海-氣CO2通量估算的不確定性主要取決于風速和海表