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边缘海CO2源汇新解析 Diagnosis of CO2 dynamics and fluxes in global coastal oceans
发布日期:2019-10-10      浏览次数:292

海洋碳循环是地球气候系统的关键组分,也是全球变化科学前沿领域。陆架边缘海的面积仅占全球海洋总面积的~7%,却贡献了~30%的海洋初级生产力和~80%的有机碳埋藏通量,在全球碳循环中扮演着极其重要的角色;同时,陆架边缘海既受河流输入影响,又与大洋发生交换,是全球碳循环中最复杂和最薄弱的环节之一。时至今日,“为什么一些边缘海是大气CO2的源(向大气释放CO2),而另一些则是汇(从大气吸收CO2)”这一基本问题仍然悬而未决,调控边缘海CO2源汇格局的主要过程和关键机理也有诸多不明之处。

厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室戴民汉教授、曹知勉副教授、郭香会副教授等基于南海的长期研究积累,于2013和2014年连续发表论文(Dai et al., 2013; Cao et al., 2014),提出了大洋主控型边缘海(Ocean-dominated Margin,OceMar)碳循环概念框架;近期,该团队又在《国家科学评论》(National Science Review,IF=13.222)在线发表研究论文(Research Article),基于与大洋交换和陆源输入两个过程,进一步聚焦两大边缘海特征系统:大洋主控型边缘海(OceMar)和河流主控型陆架海(RiOMar),解析CO2源汇格局及其关键物理-生物地球化学调控过程与机理,揭示边缘海碳循环的全球意义。

该研究首先分析了全球陆架边缘海表层海水CO2分压(pCO2)的时空分布。发现pCO2受温度效应影响较小,由纬度差异和季节变换导致的海表温度差异均不能主导pCO2变化;而非温度效应,如水团混合和生物消耗,在控制全球陆架边缘海CO2分布和CO2源汇格局中发挥着更为重要的作用。那么,这些非温度效应又该如何定量解析?

基于“边缘海-大洋”“陆地-边缘海”两个界面的物质交换,该团队构架了OceMar和RiOMar碳循环概念框架。两类系统分别接受大洋和河流输入的外源无机碳和营养盐,经由一系列动力过程进入边缘海真光层后同时被生物消耗,无机碳和营养盐之间的“竞争”最终决定边缘海CO2源汇格局。若无机碳过剩,则以CO2形式向大气释放,即为源;若无机碳不足,则需从大气补充CO2,即为汇。

大洋主控型边缘海(OceMar)和河流主控型陆架海(RiOMar)碳循环概念框架

根据上述框架,该研究建立了物理-生物地球化学耦合诊断新方法,成功解析了两大OceMar(南海海盆区、阿拉伯海海盆区)和典型RiOMar(南海北部陆架珠江冲淡水影响区)的CO2源汇格局,预测结果与实测数据相符。此外,这种定量解析方法还具有其他用途,如甄别除通过界面输入的额外营养盐、检验无机碳与营养盐的生物消耗是否遵循Redfield比值等。

全球各大陆架边缘海的CO2源汇解析(向上箭头为源、向下箭头为汇)

OceMar和RiOMar碳循环概念框架同时将物理与生物地球化学耦合、无机碳与营养盐耦合融于一体,溯源追终(外源输入、内部变化和最后归宿),全面解析边缘海CO2源汇格局及其控制过程,首次真正由局限于表层海水pCO2的现场观测提升至三维一体的理论总结,从而有助于边缘海碳循环的机制性理解和全球碳模型的准确模拟。该研究得到科技部重大科学研究计划“南海碳循环过程、机理及其全球意义”(2015CB954000)和基金委重大研究计划“南海深海过程演变”(91328202)的资助。

 

论文来源:

Cao Z., W. Yang, Y. Zhao, X. Guo, Z. Yin, C. Du, H. Zhao and M. Dai* (2019), Diagnosis of CO2 dynamics and fluxes in global coastal oceans, National Science Review, nwz105, https://doi.org/10.1093/nsr/nwz105.

 

延伸阅读:

Dai M.*, Z. Cao, X. Guo, W. Zhai, Z. Liu, Z. Yin, Y. Xu, J. Gan, J. Hu and C. Du (2013), Why are some marginal seas sources of atmospheric CO2?, Geophysical Research Letter, 40, 2154-2158, doi:10.1002/grl.50390.

Cao Z., M. Dai*, W. Evans, J. Gan and R. Feely (2014), Diagnosing CO2 fluxes in the upwelling system off the Oregon-California coast, Biogeosciences, 11, 6341-6354.