南海夏季海表pCO2及海—气二氧化碳通量遥感研究

论文摘要

准确定量海-气CO2通量并掌握其在不同时空尺度上的变化是全球碳循环与气候变迁研究的中心任务之一,尤其在各种海洋学要素时空变化剧烈的边缘海。现场实测海表pCO2是估算海-气二氧化碳的主要手段,显然这种方法在时空尺度上具有一定局限性。本研究尝试针对中国南海的夏季时段,发展应用卫星遥感参数间接估算夏季二氧化碳海-气通量的方法。首先利用2004年夏季南海北部现场走航数据,根据海表pCO2与SST和Chla的相关性,分别得出两种海表pCO2的经验算法:SST单参数算法和SST、Chla双参数算法。将遥感SST和Chla数据代入算法反演出夏季南海北部pCO2分布,并由2000年夏季航次的实测数据对计算结果进行验证。验证结果表明,双参数的遥感算法优于单参数遥感算法,两种算法的结果与实测值的RMS分别为25.1μatm（单参数算法）和4.6μatm（双参数算法）。根据双参数算法计算夏季南海北部海区海表pCO2分布,1998年夏季由于厄尔尼诺事件导致的南海高温现象使得该年夏季海表pCO2值高于其他年份,pCO2的平均值为41 3.8μatm,而其他年份夏季pCO2值变化不大,平均值维持在400～405μatm左右。由该海区夏季海表pCO2的空间分布来看,近海海表pCO2值普遍低于外海,北部湾内海区的海表pCO2值也较湾外低,大多在380μatm左右。进一步结合QuikSCAT卫星风场数据对该海区二氧化碳海-气通量分布进行估算,结果表明,受海表pCO2分布和风场分布共同控制,夏季南海北部CO2通量分布呈现东部高于西部、海盆中央高于陆架区的格局。中国、越南近海以及南海北部湾区域的CO2通量与南海东南部海区CO2通量相对较小,约3.5 mmol CO2m-2day-1左右,南海东南部较高(7～9 mmol CO2m-2day-1)。夏季南海北部是大气的碳源,2000-2005年期问,其碳源作用大致呈现逐年减弱的趋势。上升流是南海普遍存在的现象。当上升流发生时,由于水团混合及生物响应,局部海区海表pCO2呈现复杂变化。根据2007年夏季在南海中部越南以东海区观测到的上升流现象,利用现场实测数据,我们建立上升流海区海表pCO2的遥感算法,经过独立数据检验,该算法具有较好的精度,RMS值为11.3μatm,基本上能够反映上升流的物理混合作用对海表碳酸盐体系的影响。结合卫星风场数据对八月的南海（105～120°E,10～15°N）二氧化碳海-气通量进行估算,上升流事件对上升流海区碳通量的贡献约为24.6%,对整个研究海域碳通量的贡献约为1.2%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 2通量的意义'>1.1 准确定量南海海-气CO₂通量的意义
• 2通量的方法'>1.2 现场测量估算海-气CO₂通量的方法
• 14C示踪法'>1.2.1¹⁴C示踪法
• 2法'>1.2.2 O₂法
• 12C/¹³C比值法'>1.2.3¹²C/¹³C比值法
• 2分压差法'>1.2.4 海-气界面CO₂分压差法
• 1.2.5 微气象法
• 1.3 遥感估算海-气二氧化碳通量方法原理与研究现状
• 1.4 研究设想、技术路线和目标
• 1.5 论文结构
• 第二章 研究区域背景与数据
• 2.1 关于南海
• 2.1.1 南海的地理位置
• 2.1.2 南海气候
• 2.1.3 南海海洋学特征
• 2.2 数据来源
• 2.2.1 遥感数据
• 2.2.2 实测数据
• 第三章 南海北部夏季海表二氧化碳分压及其海-气通量的遥感估算
• 3.1 基础数据及其筛选
• 3.2 单参数算法
• 3.3 双参数算法
• 3.4 算法验证
• 2分布'>3.5 南海北部夏季遥感海表pCO₂分布
• 2海-气通量'>3.6 南海北部夏季CO₂海-气通量
• 3.7 小结
• 2及其海-气通量'>第四章 南海中部越南以东海区夏季遥感pCO₂及其海-气通量
• 4.1 上升流海区的特征
• 4.2 数据来源
• 2算法'>4.3 上升流海区pCO₂算法
• 4.4 算法验证
• 4.5 通量估算
• 4.6 讨论
• 第五章 结论与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 尚未解决的问题与展望
• 参考文献
• 三年来发表及完成的论文
• 致谢