（海洋化学专业论文）春季黄海表面海水二氧化碳体系的分层研究.pdf

辜黄海裹面海a o 二簟化磅帏曩的翁垡 研竞 春季黄海表面海水二氧化碳体系的分层研究 摘要 海洋是全球碳循环至关重要的纽带，它在大陆岩石圈、海底沉积物圈、生物 圈和大气圈之间碳的交换、流动过程中占主导地位。研究c 0 2 在海洋中的转移 和归宿，即海洋吸收、转移大气c 0 2 的能力以及c 0 2 在海洋中的循环机制等已 经成为当今国际海洋科学诸多研究计划( 特别是s o l a s 研究) 的重要内容。 海水微表层( s e as u r f a c em i c r o l a y e r , s m l ) 是界于海洋和大气之间的一个薄 层，是海一气界面问物质交换的必由之路。它有着特殊的物理一化学一生物性质， 对海洋生物地球化学循环、物质的海一气界面通量、乃至气候等等都有着直接而 重要的影响。因此本文将“海水微表层”引入中国陆架边缘海域海一气界面c 0 2 循环的研究之中，同时将重点放在表面海水二氧化碳体系d i c 、a i k 、p h 和p c 0 2 四个参量的多层( 包括海水微表层s m l 、海水次表层s s l 和海水表层s l ) 研究 上。我们试图通过对表面海水( 特别是微表层) 的研究，对中国黄海表面海水 c c h 体系的海洋化学和海水“微表层泵”理论做进一步的完善和补充。 本文主要进行了以下几方面的工作：( 1 ) 将“海水微表层泵( s m l p u m p ) ” 这一新的全球碳循环理论模型引入到海一气界面c 0 2 循环的研究中，并对中国 s o l a s 计划2 0 0 6 年4 月份黄海航次调查所得表面海水c 0 2 体系中d i c 、a i k 、 p h 、p c 0 2 四个参量的多层分布规律作了系统地研究：( 2 ) 将2 0 0 6 年4 月份黄海 航次所得结果与2 0 0 5 年3 月份和5 月份黄海两个航次的结果进行了比较，希望 可以在较大的时间尺度上发现它们的变化规律。 本文的主要研究结果如下； 1 黄海表面海水d i c 、a l k ，p a 和p a d 2 的水平分布规律 d i c 、a l k 的海域水平分布规律均是由近岸向外海逐渐降低。这可能是由于 近岸大量的陆源物质的输入、近岸海水与大洋水间的物质交换能力弱以及“青岛 冷水团”等因素的影响，从而导致近岸d i c 翻a l k 的浓度高于外海。d i c 与a l k 中田鞠陟，曲t 硕j 衢丈 二者之间具有很好的正相关性。p h 的水平分布是由近岸向外海逐渐降低，而 p c 0 2 的水平分布规律与p h 相反。在a 2 站位和a l 站位附近出现了p h 的低值 区，相应的出现了p c 0 2 的高值区，这可能是由于酸雨和黄海暖流的影响。在g l l 站位附近有一个p h 的高值区，相对应的有一个p c 0 2 的低值区，本文认为这主 要是生物活动的影响。p h 与p c 0 2 - - 者之间具有很好的负相关性。 2 黄海表面海水d i c 、a l k 、p h 和p c 0 2 的垂直分布规律 黄海春季( 4 月份) d i c 和a l k 浓度在海水微表层( s m l ) 、海水次表层( s s l ) 和海水表层( s l ) 中的垂直分布规律为：d i c s 眦 d i c s s l d i c s l ， a l k s 讥 a l k s s l a l k s l 。在微表层中里明显的富集状态，其富集倍数e f ( e n r i c h m e n t f a c t o r ，e f - - d i c s i l o , ) d i c s s l ) ) 皆大于1 。d i c 和a l k 在从s m l s s l s l 的 变化中，不是一般的线性减小，而是“非线性”的，这主要是由于海水微表层具 有多层的结构特征模型和海水微表层中g i b b s 吸附的异常共同作用所引起的。p h 和p c 0 2 在s m l 、s s l 和s l 中的分布规律分别为：p h s m l p c 0 2 s l 。p h 和p c 0 2 在表面海水中的垂直变化规律是相反的，这也可 以证明p h 与p c 0 2 的呈负相关性。还可以看出p c 0 2 的数值小于3 7 0 p a t m ，故此 本文所研究的春季4 月份黄海表现为大气c 0 2 的“汇”，同时可以发现p h 曲线 的扭转方向为向“左”扭转，即向p h 数值减小的方向扭转。 3 黄海表面海水d i c 、a i k 、p h 和p c 0 2 的时问分布规律 ( 1 ) 周日变化：中国黄海春季( 4 月份) 连续站的d i c 和a l k 周日变化分 布趋势一致，其浓度在s m l 、s s l 和s l 中存在着明显的分层现象，在s m l 中 的浓度最大；并且在s m l 、s s l 和s l 中的交化趋势是一致的，具有多层分布趋 势相同的特点。d i c 和a l k 的最大和最小值分剐出现在0 2 ：0 0 - - , 0 3 ：0 0 和1 4 ：0 0 1 5 ：0 0 范围内，呈“单峰”分布。p h 出现最小值和最小值的时间分别为0 2 ：0 0 , 4 ) 3 ：0 0 和1 4 ：0 0 - 1 5 ：0 0 时间范围内；而p c 0 2 则与之相反，二者均呈“单峰”分布。 l 季黄海裹面海爿= l 化壤体系的分层研究 ( 2 ) 年度变化：在黄海春季表面海水的s m l 、s s l 和s l 这三层中，d i c 和a l k 浓度由高到低为3 月份、4 月份、5 月份；p c 0 2 数值高到低为3 月份、4 月份、5 月份；p h 则与p c 0 2 相反。 4 黄海表面海水d i c 、a l k 、p h 和p c 0 2 与其它参量间的分布规律 ( 1 ) 温度和盐度：d i c 、a l k 与温度均呈现出比较明显的负相关性，同时， d i c 随温度的变化要比a l k 随温度的变化更加明显。d i c 、a l k 与盐度呈负相关 性，p h 与温度略呈负相关性，而p c 0 2 则与温度呈正相关性。p h 与盐度呈负相 关性，而p c 0 2 与盐度呈正相关性，本文认为这主要是由于黄海暖流的影响。 ( 2 ) 经纬度：d i c 、a l k 均与经度呈比较明显的负相关性。d i c 、a l k 与纬 度并没有明显的相关性。p h 与经度略微呈现负相关性，而p c 0 2 与经度略微呈现 正相关性，p c 0 2 与经度略现正相关性的原因，本文认为主要是离岸远近及温度 的影响。p h 与纬度呈现明显的正相关性；而p c 0 2 与纬度呈现明显的负相关性， 表现出“高纬度低p c 0 2 ”的分布规律，本文认为主要是由于温度的影响。 ( 3 ) 计算值与测量值：d i c 、a l k 和p h 的计算值与测量值之间具有很好的 相关性。p c 0 2 的三个计算值之间也具有很好的相关性。 5 二氧化碳通量的研究 本文用四种计算碳通量方法( l i s s & m e r l i v a t 方法、p e n g & t a k a h a s h i 方法、 t a m 方法、w a n n i n k h o f 方法) 并采用微表层p c 0 2 数据计算碳通量( f c m ) ，结 果为二4 7 0 3 m o l m - 2 a - 1 ，如果以t c 计为5 3 6 x1 0 6 t c 。 结合2 0 0 5 、2 0 0 6 两年的碳通量平均值计算而得出的碳通量数值为- 5 6 3 9 t o o l m - 2 a - 1 ，以t c 计为 6 4 3 1 0 6 t c 。 关键词：分层研究；微表层；黄海春季；二氧化碳体系；碳通量；梧关性 中啊嗣| 洋大尊嵋曩j e 突 g u i t ii a y e rd i s t r i b u t i o no fc a r b o nd i o x i d es y s t e mi nt h e s u r f a c ew a t e ro ft h ey e ii o ws e ai ns p ri n g a b s t r a c t t h eo c e a ni sav e r yi m p o r t a n tc o n n e c t i o ni ng l o b a lc a r b o nc y c l e s , w h i c hp l a y sa l e a d i n gr o l ei nc a r b o ne x c h a n g ea n dt r a n s f e rb e t w e e nt h el i t h o s p h e r e , s e a b e ds e d i m e n t b i o s p h e r ea n da t m o s p h e r e t h es e a5 翘 f a c em i c r o l a y e r ( s m l ) i sat h i nl a y e rs i t u a t e db e t w e e nt h eo c e a na n d a t m o s p h e r e ，w h i c hi st h ei n e v i t a b l ew a y o f m a t e r i a l se x c h a n g ei nt h es e a - a i ri n t e r f a c e b e c a u s eo fi t su n i q u ep h y s i c a l ，c h e m i c a la n db i o l o g i c a lp r o p e r t i e s ，t h es m lh a v ea n i m p o r t a n ta n dd i r e c te f f e c to nb i o g e o c h e m i c a lc y c l e si no c e a n , m a t e r i a l sf l u x e si n s e a - a i ri n m f f a c ea n dg l o b a lc l i m a t e s i nt h i sa r t i c l et h es m li si n t r o d u c e dt ot h e c a r b o nd i o x i d ec y c l ei ns e a - a i ri n t e r f a c eo f t h em a r g i n a l $ f f ai nc h i n a i na d d i t i o n , t h e k e ys t u d yi sp u tu p o nt h ec a r b o nd i o x i d es y s t e mi n c l u d i n gd i c ，舢kp ha n dp c 0 2i n s m l , s s la n ds lo ft h es e as u r f a c ew a t e r s i nt h i sa r t i c l e ，t h r o u g ht h es t u d yo f s u r f a c ew a t e r , w ew i l ld oe r re n d e a v o rt on 出m o l - ep e r f e c t i o n sa n d c o m p l e m e n t a r i t i e so ft h ec a r b o nd i o x i d es y s t e mi nt h es u r f a c ew a t e ro fy e l l o ws e a a n dt h e “s m lp u m p 1 1 l i sw o r ki n c l u d e s ：( 1 ) t h es m l p u m pi si n t r o d u c e dt ot h ec a r b o nd i o x i d ec y c l e i ns e a - a i ri n t e r f a c eo ft h em a r g i n a ls e ai nc h i n a i na d d i t i o n , s y s t e m a t i c a lm u l f i l a y e r s t u d i e so nc a r b o nd i o x i d es y s t e mi n c l u d i n gd i c 。a l l 【p ha n dp c o ：i ns m l , s s la n d s lo ft h es e as u r f a c ew a l e r si nt h ey e l l o ws e ah a v eb e e nm a d e ( 2 ) c o m p a r i n gt h e r e s u l t so fa p r i l , 2 0 0 6t om a r c ha n dm a y , 2 0 0 5 ，w eh o p et of i n dt h ev a r i a t i o n r e g u l a r i t i e so f t h e mi nal o n gt i m e t h em a i nr e s u l t sa r e 翻卫n n 晡旺i z e da sf o l l o w i n g ： 1 m u r i l a y e rh o r i z o n t a ld i s t r i b u t i o n so fd i c ，a i l p ha n dp c 0 2i n t h es u r f a c ew a t e r so f t h ey e h o ws e a l 摹 海表面嗣 水二簟羽，文体t 的分鏖研究 t h eh o r i z o n t a ld i s t r i b u t i o n sa l s os h o wt h a td i ca n da l kb e c o m eh i g h e rf r o m o c e a nt oc o a s t i tm a y b eb e , t o a u s et h ei n f l u e n c eo fw a s t ei n l ，mf r o ml a n d , t h ew e a k e r e x c h a n g ea b i l i t yb e t w e e nt h ec o a s ta n do c e a n , t h ee f f e c to f q i n g d a oc o l dw a t e r m a s s i na d d i t i o n , t h ep o s i t i v er e l a t i o n s h i pb c t w c e l ld i ca n da l ki sf o u n dc l e a r l y t h eh o r i z o n t a ld i s t r i b u t i o no fp ha n dp c 0 2i so p p o s i t e , a n dt h ep hv a l u ei s b e c o m el o w e rf r o mc o a s tt ot h eo c e a n t h e r ei sal o w e rp hv a l u ea r e aa r o u n da 1a n d a 2 ，a n dah i g h e rp c 0 2v a l u ea r e aa p p e a r e da c c o r d i n g l y i tm a y b eb e c o m e st h e i n f l u e n c eo fa c i dr a i na n d y e l l o ws e aw a r mc u r r e n t i na d d i t i o n , t h e r ei sah i g h e r p hv a l u ea r e aa r o u n dg 11 ，a n dal o w e rp c 0 2v a l u ea r e aa m e a r e da c c o r d i n g l y t h e m a i n l yp r o b a b i l i t yi st h ea f f e c t i o no ft h eb i o l o g i c a la c t i v i t i e s i ts h o w st h a tp ha n d p c 0 2a r ei nac l e a r l yn e g a t i v er e l a t i o n s h i p 2 m u l t i l a y e rv e r t i c a ld i s t r i b u t i o n so fd i c ，a i k p ha n dp c o zi nt h e s u r f a c ew a t e r so ft h ey e l l o w s e a t h e r ei sas a m ev e r t i c a lc h a n g er e g u l a r i t yo f d i ca n da l k ，a n dt h e yb o t hb e c o m e l o w e ri nat u r no fs m l s s la n ds l 1 1 l a ti st os a yd i ca n da l ks h o wa no b v i o u s e n r i c h m e n tp h e n o m e n o ni ns m lc o m p a r e dt ot h e i rd a t ai ns s la n ds l ，w h o s e e n r i c h m e n t f a c t o r ( e f = d i c ，a l k ( s m l d i c ，a i r t s s l ) 戚( s l ) ) i s h i g h e r t h a n l d i ca n d a l ks h o wa n o n - l i n e a r i t yd i s t r i b u t i o n r e g u l a r i t yf r o ms m lt os lr a t h e rt h a nt h e n o r m a ll i n e a r i t yd i s t r i b u t i o n i tm a y b eb e c a u s et h a tt h ec o - e f f e c to ft h em u l t i l a y e r c h a r a c t e r i s t i co fs m la n dt h ea b n o r m a lg i b b sa b s o r p t i o ni ns m l t h e r ei sa no p p o s i t ev e r t i c a lc h a n g er e g u l a r i t yo f p ha n dp c 0 2 ，a n dp c 0 2v a l u e s b e c o m el o w e rf r o ms m lt os l i tc a np r o v et h a tp ha n dp c 0 2i si nan e g a t i v e r e l a t i o n a l lt h ep c 0 2v a l u e so f t h ey e l l o ws e ai na p r i la r el e s st h a n3 7 0 1 u a t m , t h a ti s t os a y , t h ey e l l o ws e ai na p r i li sa “s i n k o ft h ea t m o s p h e r i cc 0 2 i na d d i t i o n , i ti s f o u n dt h a tt h ep hc i l ct u r nt ot h el e rd i r e c t i o n , w h i c hi st h ed i r e c t i o no fp h b e c o m e sl o w e r 中田谪b 大掣_ 曩士论文 3 m u i t i l a y e rt e m p o r a ld i s t r i b u t i o n so fd i c ，a i l 【 p ha n dp c 0 2i nt h e s u r f a c ew a t e 辟o ft h ey e l l o ws e a ( 1 ) d i u r n a lv a r i a t i o n ：t h ed i u r n a lv a r i a t i o nr e g u l a r i t i e so f d i c a 啦p ha n dp c 0 2 i ns m l ，s s l ，s lo ft h es e as u r f a c ew a t e r si nt h ey e l l o ws e ai ns p r i n ga r ea s f o l l o w i n g ：d i c ，a l l ( p ha n dp c 0 2a l lh a v eo b v i o u sm u l t i l a y e rd i s t r i b u t i o nr e g u l a r i t y i nt h es m l s s la n ds l t h e r e 戤as a m em u l t i l a y e rd i s t r i b u t i o nr e g u l a r i t yi nd i c a n da l l 【a n da l lo p p o s i t ed i s t r i b u t i o nr e g u l a r i t yi np ha n dp c 0 2 d i ca n da l ka r eb o t he n r i c h e di ns m l 1 1 8 r m em u l t i l a y e rd i s t r i b u t i o n r e g u l a r i t yo fd i ca n da l ki sas t u d yf e a t u r ei nt h ea r t i c l e d i ca n da l ka p p e a rt h e m a x i m u ma r o u n d0 2 ：0 0 - 0 3 ：0 0 a n da p p e a rt h em i n i m u ma r o u n d1 4 ：0 0 1 5 ：0 0 n 地 d i s t r i b u t i o n so f d i ca n da l ks h o wa s i n g l e - p e a k p h e n o m e n o n t h ep hm a x i m u mv a l u e sa p p e 耵a r o u n d1 4 ：0 0 - 1 5 ：0 0 , a n dt h ep hm i n i m u m v a l u e sa p p e a ra r o u n d0 2 ：0 0 - - 0 3 ：0 0 t h ep c 0 2m a x i m u mv a l u e sa p p e a ra r o u n d0 2 ：0 0 - - 0 3 ：0 0 ，a n dt h ep c 0 2m i n i m u mv a l u e sa p p e a ra r o u n d1 4 ：0 0 1 5 ：0 0 t h ed i s t r i b u t i o n so f p ha n dp c 0 2s h o wa s i n g l e - p e a k p h e n o m e n o n ( 2 ) y e a r l yv a r i a t i o n ：d i c ，a l ka n dp c 0 2a l lb e c o m el o w e ri nat u r no fm a r c h , a p r i la n dm a yi nt h es m l ，s s la n ds l ，b u tt h ep hb e c o m e sl o w e ri nat u r no fm a 孔 a p r i la n dm a r c hi nt h es m l ，s s la n ds l 4 m u i t i l a y e rd i s t r i b u t i o n sb e t w e e nd i c ，a i i ，p h ，p c o za n do t h e r p a r a m e t e r si nt h es u r f a c ew a t e r so f t h ey e l l o ws e a ( 1 ) t h er e l a t i o n s h i p so fd i c ，a 毗p ha n dp c 0 2v a g k l 8t e m p e r a t u r e s a l i n i t y ： t h e r ei sa no b v i o u sn e g a t i v er e l a t i o n s h i po fd i ca n da l kv e t s u st e m p e r a t u r e s a l i n i t y i ns p r i n g t h ec h a n g et r e n do fd i cv e r s u st e m p e r a t u r ei sm o r eo b v i o u st h a nt h et r e n d o fa l kv e r s u st e m p e r a t u r e t h e r ei sap o s i t i v e r e l a t i o n s h i p o fp c 0 2v e r s u s t e m p o r a t u r e s a l i n i t y , b u tt h ep hi so p p o s i t e b e c a u s eo ft h ei n f l u e n c eo ft h e y e l l o w l 摹黄蔫 毫面；才。二氧戗翔蔓体j ：的分周陶f 兜 s e aw a r mc u r r e n t ，t h e r ei san e g a t i v er e l a t i o no f p na n dp c 0 2v c t s u ss a l i n i t y ( 2 ) t h er e l a t i o n s h i p so f d i c ，剐i l ( p ha n dp c 0 2 v e r s u sl o n g i t u d e l a t i t u d e ：t h e r e i sa no b v i o u sn e g a t i v er e l a t i o n s h i po fd i c ，a l kv e l 晤u sl o n g i t u d e , b u tt h e r ei sn o o b v i o u sr e l a t i o n s h i po fd i c ，a l kv e r s u sl a t i t u d e t h ep hv a l u e sh o a x ) m el o w e rw i t h t h el o n g i t u d ee n h a n c i n g , b u tt h ep c 0 2i so p p o s i t e t h e r ei sap o s i t i v er e l 越i o n s h i po f p h v c l 葛u sl a t i t u d e ，b u tt h ep c 0 2a n dl a t i t u d ei si na no p p o s i t er e l a t i o n s h i p t h e r ei sa d i s t r i b u t i o nr e g u l a r i t yo f h i g hl a t i t u d ea n dl o wp c 0 2 i nt h i sa r t i c l e ，t h em a i n l y r e a s o no f h i g hl a t i t u d ea n dl o wp c 0 2 ”i st h ee f f e c to f t e m p e r a t u r ec h a n g e ( 3 ) t h er e l a t i o n s h i pb e t w 啪m e a s u r e m e n ta n dc a l c u l a t i o no fd i c ，珧p ha n d t h r e ec a l c u l a t i o nv a l u e so fp c 0 2 ：t h 哪i saw e l lp o s i t i v er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h e c a l c u l a t i o na n dm e a s u r e m e n to fd i c ，a l kp h t h er e l a t i o n s h i pa m o n gt h et h r e e c a l c u l a t i o np c 0 2v a l u e sa l s os h o wag o o dc o n s i s t e n c y 5 s t u d yo f c a r b o nd i o x i d ef l u x e sf f c 0 2 ) i nt h i sa r t i c l ei ti sb e l i e v e dt h a tt h ef c 0 2c a l c u l a t e do nt h eb a s i so f t h ep c 0 2d a t a i ns m li sm o r er e l i a b l et h a nt h a to nt h eb a s i so ft h a ti ns l t h ef l u x e sa r ea s f o l l o w i n g ：a sa s i n k o fa t m o s p h e r i cc a r b o nd i o x i d e t h ef c 0 2o f t h ey e l l o ws e ai n s p r i n gi sa b o u t - 4 7 0 3t o o l 。m - 2 a - 1 ( o r 5 3 6 x1 0 6 tc 1 c o m p a r i s o no f2 0 0 5a n d2 0 0 6 a sa “s i n k o fa t m o s p h e r i cc a r b o l ld i o x i d e ，t h e a v e r a g eo fc a r b o nd i o x i d ef l u xo f t h ey e l l o ws e ai ns p r i n gi sa b o u t - 5 6 3 9t o o l m 。a i ( o f - 6 4 3 x i 0 6 t c ) k e y w o r d s ：m u l t i l a y e rd i s t r i b u t i o n ；s e as u r f a c e - m i c v o l a y e r ( s m l ) ；y e l l o ws e ai n s p r i n g ；c a r b o nd i o x i d es y s t e m ；c a r b o nf l u x ；r e l a t i o n s h i p 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含来获得 l 鎏；翅丛虿墓丝蠡要挂型直明的! 奎拦亘窒2 或其他教育机构的学位或证书使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 学位论文作者躲劫司签字胁1 锄易月吖同 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人 授权学校可以将学位论文的全都或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后 适用本授权书) 学位论文作者签名：；膨司 导师签字： 签字r 期：p 年c 易月矿f 同 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 锄携嘏 签字同期：7 年彤月吖闩 电话： 邮编 l 季， 海表面萱 才愠章“匕碳体囊的分眉 | a 院 前言 上世纪9 0 年代至本世纪初，j g o f s ( 全球海洋通量联合研究) 、l o i c z ( 海 岸带海陆相互作用计划) 、g o e z s ( 全球海洋真光层计划) 、t o g a ( 热带海洋与 全球大气) 、g l o b e c ( 全球海洋生态动力学研究) 、g o o s ( 全球海洋观测系统) 、 i g b p ( 国际地圈生物圈计划) 、i g a c ( 国际全球大气化学计划) 等的国际联合 研究，在d i c 、a l k 、p h 和p c 0 2 的研究中取得了一定的成果。在2 0 0 1 年全球变化 公开科学大会上i g b p 、w c r p ( 世界气候研究计划) 、i h d p ( 国际人文研究计 划) 和d i v e r s i t a s ( 生物多样性计划) 等全球研究计划共同发起了首项联合研 究计划一全球碳循环联合研究计划( c j p ) ，提出了四个中心问题，其中之一就 是“海洋吸收大气c 0 2 的能力将如何变化? ”。同时，i g b p 在完成了j g o f s 研究 之后，又发起了s o l a s ( s u r f a c eo c e a n - - l o w e ra t m o s p h e r es t u d y ，上层海洋一 低层大气研究) 计划，并正式将其纳入为i g b p 的核心研究之一，国际s o l a s 研 究( d u c ee ta 1 。2 0 0 0 ) 是国际地圈生物圈计划( 1 g b p ) 第二阶段( 1 g b pi i ， 2 0 0 4 - 2 0 1 3 ) 的第一个核心计划，并于2 0 0 1 年和2 0 0 2 年被i g b p 和s c o r 认定为其 重点支持的核心研究计划。其主要研究内容是：海洋与大气之间生物地球化学的 相互作用和反馈：海一气界面的交换过程和海洋大气边界层中( 特别是海洋微表 层，s e as u r f a c em i c r o l a y e r , s m l ) 的输运和转换作用；海一气界面间c 0 2 通量和其 它长寿有辐射活性的气体。目的是取得对生物地球化学和物理作用的关键过程及 海洋与大气之间反馈作用的定量理解，以及这个耦合系统如何通过环境和气候的 改变来相互影响。中国的s o l a s 工作组从2 0 0 1 年9 月开始筹备，至2 0 0 2 年1 2 月底， c n c - - i g b p 正式批准成立我国s o l a s 工作组( c n c i g b p s o l a s ) 。2 0 0 4 年7 月，国家自然科学基金委员会正式批准跨学部重大项目“上层海洋一低层大 气生物地球化学与物理过程耦合研究”启动。至此，我国成为较早加入国际 s o l a s 计划的国家，也是在目前国际上第三个得到专r 了基金支持的国家。开展 中国邻近海域s o l a s 的碳循环研究，抓住了中国陆架海域碳循环的关键科学问 题，对于确定中国邻近海域是大气c 0 2 的“源”或是“汇”，估算海洋吸收大气 c 0 2 的能力，正确估价全球陆架边缘海表面海水和低层大气在碳循环中的作用和 确立我国在海洋碳循环研究中的国际地位都具有重要意义。 中豳嗣陟大掌习n e 文 现今，在国际s o l a s 计划中，许多问题的焦点都集中到表面海洋( s o ，s u r f a c e o c e a n ) 和低层大气( l a 1 0 w e ra t m o s p h e r e ) 的研究上。在中国s o l a s 研究中， 我们更关注于海水微表层和次表层的研究。海水微表层( s e as u r f a c em i c r o l a y e r , s m l ) 是介于海洋和大气之间的一个薄层，是海一气界面间物质交换的必由之路。 它有着特殊的物理一化学性质，对海洋生物地球化学循环、物质的海一气界面通 量、乃至气候等等都有着直接而重要的影响。同时，在上述诸多国际联合研究计 划中，海洋微表层也都发挥着非常重要的作用，这是因为海洋在物质全球循环中 所发挥的关键作用，是通过海洋微表层来体现的。但是，到目前为止，很少见到 有关海水微表层二氧化碳体系的研究。 张正斌等( 2 0 0 5 ) 将微表层化学引入到全球碳循环过程的研究中，并提出了 一个全新的理论模型一微表层泵( s m l p u m p ) ( 宫海东，2 0 0 6 ：g o n g e t a l ，2 0 0 7 ) 。 本文将继续把重点放在表面海水二氧化碳体系的多层( 包括海水微表层s m l 、 海水次表层s s l 和海水表层s l ) 研究上，利用已提出的微表层泵理论模型，结 合中国s o l a s 计划2 0 0 6 年4 月份黄海出海调查的实验结果，进一步研究海洋 微表层化学在海一气界面碳循环过程中所起的作用；同时，本文还将2 0 0 5 年与 2 0 0 6 年的出海实验结果进行了比较，力求找到在较大的时间尺度上海水中二氧 化碳体系的分布规律。 本论文分为四个部分。第一部分是文献综述。第二部分是研究海域站位设置 及实验方法介绍。第三部分是黄海春季( 4 月份) 表面海水二氧化碳体系的分层 研究。第四部分是结论与认识。 本论文的研究工作得到国家自然科学基金：上层海洋一低层大气生物地球化 学与物理过程耦合研究( n o 4 0 4 9 0 2 6 3 ) ，海水微表层法研究赤潮的化学预报 ( n o 4 0 0 7 6 0 2 0 ) ，一氧化氮对天然海水中浮游植物生长影响( n o 4 0 3 7 6 0 2 2 ) t 国 家“十五”9 7 3 项目：我国近海有害赤潮发生的生态学、海洋学机制及预测防治 ( n o 2 0 0 1 c b 4 0 9 7 0 0 ) 和教育部博士点基金( n o 2 0 0 3 0 4 2 3 0 0 7 ) 的资助。作者为 此表示衷心的感谢1 2 l 事黄膏表面蔫冰= 囊冉u 文体曩的分层研完， 1 文献综述 1 1 全球海洋碳循环研究 1 1 1 碳循环研究的重要意义 工业革命以来，化石燃料燃烧等人类活动已经显著地改变了全球碳循环 ( f a l k o w s k ie ta 1 ，2 0 0 0 ；s a b i n ee ta 1 ，2 0 0 4 a , 2 0 0 4 b ) 。通过对夏威夷m a u m al o a 地区在1 9 5 8 2 0 0 2 年期间大气d e c 0 2 浓度年平均值的研究中发现，在这4 4 年间其 c 0 2 浓度上升了约5 5 曲l - 1 ( 赵栋梁，2 0 0 6 ) ；而从大气c ( h 平均浓度的长期变化 来看，已由过去4 2 万年中的1 8 0 3 0 0 旺l ( p e t i te ta 1 ，1 9 9 9 ) 上升到目前的 3 7 0 i _ t l l q ( n o a a c m d l ，2 0 0 2 ；w a n ge ta 1 ，2 0 0 2 ) 而根据最近m i l l e r o ( 2 0 0 5 ) 的研究，发现大气中的c 0 2 浓度已经接近3 8 0 p p m ( 图1 1 ) 龟 一 y e a r 图1 11 7 4 0 - 2 0 0 0 年大气和冰核中c o ：浓度变化趋势图( 引自m i l l 竹o ，2 0 0 5 ) f 训c o l l 删岫g e 删o f m m o s p h c * r i cc 0 2 a n d i c e c o r e f r o m l 7 4 0 1 0 2 0 0 0 ( m i l l a o , 2 0 0 5 ) 图1 2 碳的全球生物地球化学循环通量示意图( 据f a s h a m 等, 2 0 0 1 ) ( c 单位为g 通量为c a ra - 1 图中问号表示具体数量目前尚未确定) f i g