南极半岛顶部海域海-气CO2通量与海洋酸化研究

论文摘要

南大洋由于较低的水温和富含CO2的上升流影响而具备低的pH和文石饱和度(Ω文石),因此南大洋也被认为是世界大洋中酸化较严重的海区。南极半岛作为距离斯科舍海最近的南极大陆区,其近岸海域的深层与表层、次表层的混合作用也最剧烈,且近年来正在发生快速的冰川和海冰融化,对全球热盐环流的作用以及气候变化的反馈有着重要意义。南极半岛顶部海域（TAP）位于威德尔-斯科舍汇流区（WSC）,向北受到斯科舍海域的南极绕极流（ACC）作用,向南受到威德尔流涡（WG）作用。位于南部中深层的威德尔深水（WDW）则会向西北扩散至德雷克海峡,并与向东流的ACC强烈混合。介于TAP的地理位置以及表层和深层水团环流作用的特殊性,其海冰过程、生物过程、水文过程等耦合作用使得研究该海域吸收大气CO2的能力及对海洋酸化的影响变得更为复杂。而前人的大多数研究都聚焦于该海域的表层环流与生物生产作用,仅有少数的研究报道了海冰融化对WSC表层海水碳酸盐化学的影响,还未见对该海域碳酸盐化学及其驱动机制的系统研究的报道。因此,我们依托2016年12月-2017年1月期间在南极半岛顶部海域（TAP）进行的中国第33次南极科学考察,通过船载走航pCO2观测和站位断面海水采样,开展对该海域的碳酸盐系统的研究,阐述该海域CO2源汇格局、驱动机制以及估算海-气界面CO2交换通量;利用溶解无机碳（DIC）、总碱度（TA）、营养盐和温盐深等参数,计算了pH和Ω文石,并揭示表层到中深层的海洋酸化现状以及剖析其驱动机制。本文获得的研究结果如下:在西北TAP海域,主要受控于上升流携带富含CO2的绕极深层水（CDW）上涌到表层,表层海水p CO2的平均值为415±21μatm,高于上覆大气的p CO2,海-气CO2通量平均值为5±4 mmol C m-22 d-1,表现为大气CO2的弱源;在东北TAP海域,主要受控于夏季生产力的增强和南奥克尼海台的陆架水导致的垂直混合作用变弱,表层海水pCO2的平均值为335±17μatm,低于上覆大气pCO2,这与该海区表层上方较高的风速共同使得海-气CO2通量平均值达到-35±28 mmol C m-2d-1,表现为大气CO2的强汇;在南部TAP海域,主要受控于冬季残留水层化作用以及夏季生产力的增强,表层海水pCO2的平均值为305±27μatm,远低于上覆大气pCO2,海-气CO2通量平均值为-22±20 mmol C m-22 d-1,表现为大气CO2的强汇。整个南极半岛顶部海域的海-气CO2通量平均值为-25±20 mmol C m-22 d-1,整体上表现出一种对CO2强的吸收能力。在南极半岛顶部海域三个海区观测到的夏季表层到深层的海水酸化现状具有较大的区域差异。其中,西北TAP海区的表层海水pH和Ω文石的平均值约为8.01±0.03和1.30±0.07,其表层海水酸化较严重。在其中深层水的CDW中可以观测到低的pH和Ω文石(pH<7.92,Ω文石<1.00,即文石不饱和);东北TAP海区的表层海水pH和Ω文石的平均值约为8.10±0.03和1.64±0.12。其中深层的酸化水(pH<7.95,Ω文石<1.10)同样也是ACC带来的CDW;南部TAP海区的表层海水pH和Ω文石的平均值约为8.12±0.05和1.57±0.17。在其中深层观测到的酸化水(pH<7.93,Ω文石<1.10)则是由威德尔流涡带来的WDW。基于冰川、海冰、冬季残留水和绕极深层水的端元混合模型,估算出西北TAP海区主要受到富含CO2的CDW上涌的影响,该过程对海洋酸化指标参数的贡献（85%）远大于其它作用;在东北TAP海区,融冰水的稀释作用使pH和Ω文石分别降低了0.03和0.12,与之相对应的是生物生产作用导致pH和Ω文石分别升高了0.08和0.28;在南部TAP海区,融冰水的稀释作用使pH和Ω文石分别降低了0.08和0.25,与之相对应的是生物生产作用导致pH和Ω文石分别升高了0.10和0.34。因此,生物生产作用有效地补偿了海冰融化的负效应。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陈魁

导师: 陈立奇,祁第

关键词: 南极半岛顶部海域,通量,海气通量,海洋酸化

来源: 自然资源部第三海洋研究所

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 海洋学

单位: 自然资源部第三海洋研究所

分类号: P734

总页数: 88

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