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)是對全球變化響應和反饋最敏感的地區(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個國際極地年（IPY），作為IPY中國行動計劃的重點考察計劃之一，2008年7～9月，中國進行了第三次北極科學考察。本研究即利用此次寶貴的科學考察機會，在白令海與西北冰洋進行?！獨釩O2走航觀測以及現(xiàn)場采集大量的海水樣品進行二氧化碳體系（包括pH，總堿

2、度（TA），溶解總無機碳（DIC）等）研究，總共采集121個站位共1166份海水樣品，其中白令海35個站位，北冰洋86個站位，每個站位都進行全深度采樣測量。 本研究通過對白令海和西北冰洋的二氧化碳體系進行深入研究，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，借此增加我們對白令海和西北冰洋碳通量對北極快速變化響應的理解與認識。 本論文主要研究結果

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、對白令海不同區(qū)域的pCO2主要調控因子的分析表明，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，受溶解度泵（物理泵）主控；陸架區(qū)則不同，由于高生產力的影響，生物泵成為pCO2的主要調控因子。但其中，東北部陸架由于受到徑流沖淡水影響，pCO2受水團非保守混合影響，情況相對復雜；在陸架上升流區(qū)，pCO2受到水文

5、物理因素的主控，雖然生產力和葉綠素都很高，但是仍為一個源區(qū)；而在白令海峽，則受到不同水團及其混合的主控，這些水團共同通過狹窄的白令海峽，向北流入北冰洋。 3、對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)出復雜的變化。白令海上層

6、水柱中TA主要受水團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。利用鹽度標準化（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的相關關系表明，nTA與nDIC的數(shù)據(jù)點的分布明顯更加集中，而且成負相關的關系，其△nTA/A△DIC值接近Radfield比值，說明生物作用對夏季白令海上層水體DIC影響顯著，成為主要控制因子。 4、用平均風速和平均pCO2估算白令海測區(qū)的陸架陸

7、坡區(qū)和海盆區(qū)?！獨釩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、整個西北冰洋測區(qū)在夏季對于大氣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，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)性初級生產力和凈群落生產力，生物作用對CO2的強吸收導致了海水pCO2的低值，這是保持楚科奇海在夏季是一個強匯區(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高值區(qū)（303～363μatm），這是由于早期初級生產的有機質再礦化造成的，也受到了富含有機質的河流水的影響。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CO2的生物吸收作用、低pCO2水向海盆的水平輸運，以及水團北向輸運冷卻造成的。 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)域有強烈的生物去除過程，而在低鹽和高鹽端相對保守。 7、楚科奇海陸架區(qū)和陸坡區(qū)的平均?！獨釩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