东海和黄海中氯甲烷和溴甲烷的分布与海—气通量研究

论文摘要

CH3Cl和CH3Br是大气中重要的痕量气体,也是大气中Cl和Br的主要载体,对全球变暖和大气化学有重要作用。海洋是大气中CH3Cl和CH3Br的重要自然排放源,尤其是近岸海域,面积虽然只占整个海洋的一小部分,但对海洋温室气体释放的贡献较大。因此开展典型的近岸海洋环境中CH3Cl和CH3Br的生物地球化学研究,对在全球尺度上准确的估算海洋对大气CH3Cl和CH3Br的贡献和对气候变化的影响具有重要意义。本文以中国近海有代表性的陆架区-东、黄海为目标,率先对这些海域中CH3Cl和CH3Br的分布特征、源与汇、海-气通量的时空变化及其影响因素进行了较为系统的研究,为估算中国海对大气CH3Cl和CH3Br的区域性贡献奠定了科学基础。本论文的主要研究成果如下:1.参考国外文献在实验室建立了海水中CH3Cl和CH3Br的吹扫-捕集-气相色谱测定法:100mL海水在40℃下以50mL·min-1的N2吹扫,经NaOH和Mg（ClO4）2除CO2和水后进入浸泡在液氮冷阱中的不锈钢捕集管（30cm,ID 0.8mm）,吹扫12min后将捕集管放在沸水浴中加热解吸2min,进入气相色谱分析;气相色谱分离条件分别为:进样口温度110℃,载气流量2.1mL·min-1、分流比10:1,尾吹气流量15mL·min-1,检测器温度275℃,柱温在起始温度45℃下保持10min,以15℃·min-1的速率升至200℃,保持5min。该方法CH3Cl和CH3Br的检测限分别可达1.8pmol·L-1和0.2pmol·L-1,精密度分别为<2%和<8%,回收率分别为89%-97%和75%-85%,与国外同类方法相当。对采用的海水样品保存方法的可靠性和准确性进行了研究,结果表明在24h内样品没有明显变化,在现场调查过程中,一般6h内测定完毕。2.于2007年10-11月对黄海和东海海水中CH3Cl和CH3Br进行了研究,结果表明:秋季北黄海表层海水中CH3Cl和CH3Br的平均浓度分别为84.4±18.8 pmol·L-1和6.22±3.17pmol·L-1,南黄海分别为105±23.2pmol·L-1和3.93±1.30pmol·L-1,东海分别为83.5±11.8 pmol·L-1和2.74±1.49pmol·L-1。黄海海水中CH3Cl和CH3Br浓度均高于东海。CH3Cl和CH3Br在东海和黄海海水中均呈现近岸高、远海低的分布趋势,在长江口外呈舌状分布,说明海水中CH3Cl和CH3Br的产生受沿岸陆地径流和人为活动的影响较大。分析结果表明,表层海水中CH3Cl和CH3Br的浓度之间存在显著的线性相关性。CH3Cl和CH3Br在表层海水中存在明显的周日变化规律,最大浓度分别出现在12点到16点和7点到12点之间,但二者的变化与Chl-a的变化没有关系。东海和黄海不同断面、不同站位,CH3Cl和CH3Br的垂直分布研究结果表明其分布主要受黄海冷水团、长江冲淡水和黑潮等多个水团相互作用的影响,因此不同断面、不同站位间CH3Cl和CH3Br的垂直分布存在较大差异。3.计算结果表明,秋季东海和黄海表层海水中CH3Cl和CH3Br均处于过饱和状态,是大气CH3Cl和CH3Br的净源。北黄海CH3Cl和CH3Br的海-气通量分别为190±339nmol·m-2·d-1和50.9±80.8nmol·m-2·d-1,南黄海分别为289±234nmol·m-2·d-1和22.5±26.7nmol·m-2·d-1,东海分别为431±367nmol·m-2·d-1和19.9±34.8nmol·m-2·d-1。由于海水中CH3Cl和CH3Br存在相同的源与汇,二者在表层海水中的过饱和浓度、饱和异常值和通量之间均存在显著相关性。东海表层海水中CH3Br的饱和异常值与表层海水温度之间呈显著的负相关。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 1 文献综述
• 1.1 海水中氯甲烷和溴甲烷的源与汇
• 1.2 海水中氯甲烷和溴甲烷的分布
• 1.2.1 海水中氯甲烷和溴甲烷的水平分布
• 1.2.2 海水中氯甲烷和溴甲烷的垂直分布
• 1.2.3 海水中氯甲烷和溴甲烷与叶绿素的关系研究
• 1.3 氯甲烷和溴甲烷的海-气通量研究
• 1.4 海水中氯甲烷和溴甲烷的分析方法综述
• 1.4.1 顶空法（静态）（Headspace, HS）
• 1.4.2 液-液萃取法（Liquid-Liquid Extraction，LLE）
• 1.4.3 吹扫-捕集法（Purge & Trap，PT）
• 1.5 研究内容
• 2 海水中氯甲烷和溴甲烷的分析方法
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 仪器与试剂
• 2.1.1.1 仪器
• 2.1.1.2 试剂
• 2.1.2 样品采集
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 色谱条件
• 2.2.2 吹扫-捕集条件
• 2.2.3 色谱分离检测条件的优化
• 2.2.4 分析方法的质量评价
• 2.2.5 样品保存实验
• 2.3 小结
• 3 北黄海中氯甲烷和溴甲烷的分布及通量研究
• 3.1 材料与方法
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 氯甲烷和溴甲烷在表层海水中的水平分布
• 3.2.2 氯甲烷和溴甲烷在表层海水中的周日变化
• 3.2.3 氯甲烷和溴甲烷在海水中的垂直分布
• 3.2.4 秋季北黄海氯甲烷和溴甲烷的海-气通量
• 3.3 小结
• 4 东海和南黄海中氯甲烷和溴甲烷的分布与通量研究
• 4.1 材料与方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 氯甲烷和溴甲烷在东海和南黄海表层海水中的水平分布
• 4.2.2 氯甲烷和溴甲烷在表层海水中的周日变化
• 4.2.3 氯甲烷和溴甲烷在海水中的垂直分布
• 4.2.3.1 F03 和F05 断面氯甲烷和溴甲烷在海水中的垂直分布
• 4.2.3.2 黑潮区各站位氯甲烷和溴甲烷的垂直分布研究
• 4.2.4 秋季东海与南黄海氯甲烷和溴甲烷的海-气通量
• 4.3 小结
• 5 结论
• 参考文献
• 附表1 秋季北黄海各研究站位具体参数
• 3CL、 CH₃BR、CHL-A、温度和盐度的周日变化'>附表2 北黄海C507 站表层海水中CH₃CL、 CH₃BR、CHL-A、温度和盐度的周日变化
• 附表3 秋季北黄海C104、C507、C1006 和B206 站垂直分布参数
• 附表4 秋季东海和南黄海各研究站位具体参数
• 3CL、CH₃BR、CHL-A、温度和盐度的周日变化'>附表5 秋季F0308 和F0508 站表层海水中CH₃CL、CH₃BR、CHL-A、温度和盐度的周日变化
• 附表6 秋季南黄海F03 断面垂直分布参数
• 附表7 秋季东海F05 断面垂直分布参数
• 附表8 秋季东海F1008、F0712、FFJ301 和F0512 100M以浅垂直分布参数
• 致谢
• 硕士在读期间发表和撰写的论文