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科研动态

长期浮标监测揭示超强厄尔尼诺事件对陆-海界面碳输送的调控机制

2020/10/10点击次数:

2020年10月8日,《地球物理研究通讯》Geophysical Research Letters)在线发表了近海海洋环境科学国家重点实验室郭卫东教授课题组与厦门市环境监测站海洋自动监测技术团队(原属厦门市海洋与渔业研究所)的合作研究成果——“El Niño-Driven Dry Season Flushing Enhances Dissolved Organic Matter Export from a Subtropical Watershed”,揭示出2015/16 超强厄尔尼诺事件引起的旱季异常降雨事件,导致了陆-海界面溶解有机质(DOM)输送模式在季节和年际尺度上的转轨,并引起了空间尤其是不同纬度之间区域性碳循环格局的调整。厦门大学博士生瞿理印为论文第一作者,美国东北大学Aron Stubbins博士、加州大学戴维斯分校Randy A. Dahlgren教授等是合作作者。

厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)事件是全球最显著的异常气候现象之一。自1980年代以来,已经发生了1982/1983年、1997/1998年和2015/2016年三次超强厄尔尼诺事件,分别持续了14个月、13个月和19个月。在极端厄尔尼诺事件影响下,全球极端气候事件频发。例如,在2015/2016年超强厄尔尼诺事件影响下,中国南方地区、美国西海岸等地出现连续异常降雨事件,而亚马孙盆地、东南亚等热带地区则出现极端高温干旱事件。这些水循环特征的显著改变,如何引起气候尺度上陆-海界面碳输送模式的改变?由于常规调查手段无法实现对一个完整周期ENSO事件的连续高频监测,目前对于气候态的厄尔尼诺事件对陆-海界面碳循环的调控过程和机制仍缺乏认识。

该研究基于布设在九龙江河口的多参数在线监测浮标,收集了四年(2014-2017年)完整的高频类腐殖质荧光组分(FDOMH)、盐度等参数,利用河口化学的有效浓度法推测河端FDOMH浓度,结合九龙江逐日流量数据,估算了周日、季节及年际尺度上FDOMH入海通量的变化。监测数据发现,九龙江流域异常降雨峰值期发生在2015/ 2016年之交的旱季,相对于厄尔尼诺事件峰值存在1~2个月的时间滞后。此外,受2016年夏季印度洋海温正异常的影响,2016年10-12月的旱季也出现了连续异常降雨事件,因而2016年九龙江流域降雨量高达2314mm,比多年平均高出近40%。

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图1. 2014-2017年不同季节九龙江流域降雨量、径流量、FDOMH浓度和入海通量的变化及其与2015/2016年超强厄尔尼诺事件之间的关联

2015/2016年超强厄尔尼诺事件引起旱季降雨量的增大,导致旱季基流期FDOMH浓度随流量增大而呈现指数衰减趋势,在厄尔尼诺年浓度下降显著。并且,旱季降雨量的变化会耦合影响到紧随其后的梅雨季节FDOMH的浓度变化:正常年份梅雨季节存在“首冲效应”引起的浓度增加,但厄尔尼诺年“湿”的旱季使得随后梅雨季节FDOMH浓度进一步稀释。旱季流量的显著增大最终导致2016年旱季九龙江及中国南方全部主要河流(包括长江、珠江等)FDOMH输出通量显著增大,并在东北季风作用下随中国沿岸流南下,引起具有厄尔尼诺事件特征的,从流域向近海溶解有机质输送模式的经向调整。该研究表明,长时间序列的监测对于研究短期(暴雨事件)、中长期(ENSO事件)及长期(气候变化)极端事件中陆地与海洋碳循环过程有着重要的意义。

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图2. 不同季节FDOMH浓度与基流之间的关系

郭卫东教授课题组长期关注从流域经河口、边缘海到开阔大洋多界面体系中DOM的生物地球化学循环过程,特别是DOM的光谱分析表征。近期课题组在《地球科学进展》发表了研究性综述《水环境中溶解有机质的光谱表征:从流域到深海》,从连续载体的视角,通过对各类DOM定性与定量光谱参数沿程空间分布及变化趋势的剖析,分析了有色溶解有机质及其荧光组分的各种来源、去除过程及调控机制,探讨了不同水环境中溶解有机质光谱参数的地球化学分异特征,提出与矿化作用相关联的有色溶解有机质/荧光组分产生的微生物学机制、定量化的地球化学框架体系等今后重点关注的课题。该综述可为理解上述中长期(ENSO事件)极端事件中陆-海界面碳输送模式调整现象的地学意义,提供较为完整的背景索引。

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图3 漳江-漳江口-东山湾—台湾海峡-南海东北部-西太平洋连续载体DOM吸收与荧光定量指标的变化趋势


上述研究工作得到了国家自然科学基金委促进海峡两岸科技合作联合基金项目(U1805241)、面上项目(41876083、41676098)及厦门大学校长基金项目(20720180119、20720190105)的资助。


论文来源:

  • Qu, L., Wu, Y., Li, Y., Stubbins, A., Dahlgren, R. A., Chen, N., & Guo, W*. (2020). El Niño‐driven dry season flushing enhances dissolved organic matter export from a subtropical watershed. Geophysical Research Letters, 47, e2020GL089877. https://doi.org/10.1029/2020GL089877

  • 郭卫东, 王超, 李炎, 等. 水环境中溶解有机质的光谱表征: 从流域到深海. 地球科学进展, 2020, DOI: 10.11867/j.issn.1001-8166.2020.073.