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胶州湾秋冬季海—气界面CO_2源/汇的季节演变

作　者: 刘启珍
导　师: 张龙军
学　校: 中国海洋大学
专　业: 环境科学
关键词: 胶州湾 pCO2 控制机制季节变化
分类号: P734.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

陆架边缘海作为陆地与大洋间的过渡地带,由于紧邻陆地以及特殊的地理构造使其极易受人类活动影响,同时由于初级生产力、有机物矿化、上升流、河流输入等过程的影响,使得陆架边缘海CO2源／汇机制较为复杂,成为各国学者研究的热点。河口、海湾作为陆地生态系统和海洋生态系统交互作用最明显的区域,也成为陆海相互作用和全球碳循环的研究焦点之一。然而对于中国陆架边缘海区以及河口海湾碳循环及碳源／汇机制的研究仍比较薄弱。本文依据2007年11月和2008年2月对胶州湾两个航次的调查资料以及现场走航实测的pC02数据,并结合水文、化学和生物等要素的同步观测资料,分析了表层海水pC02的分布特征、季节变化规律和CO2通量,讨论了温度、有机物降解和浮游植物活动等因素对胶州湾pC02分布格局和源／汇季节变化的影响。秋季胶州湾表层海水pC02最高值位于李村河口,并从李村河口向西南方向呈递减趋势。pC02测得值在315-720μatm之间,平均值为423μatm。△pCO2在-82-235μatm之间,平均为32μatm,整体上表现为大气CO2的源。温度对秋季pC02分布的影响不大。秋季胶州湾受城市化影响较为严重,近岸区有机污染程度要明显大于中间及湾口海域。有机物降解培养实验表明：秋季胶州湾的有机物耗氧呼吸速率已处于较高水平,在pC02和DOC偏高的海域有机物耗氧呼吸作用速率也高,有机物降解对秋季胶州湾pC02的分布有着很大的影响。同时陆源输入和海水养殖等给胶州湾带来了较为丰富的营养盐,浮游植物活动对湾内大部分海域pC02的分布影响也较大(除去湾口和东北部养殖海域),特别是Chla和DO饱和度含量较高的西部近岸海域,浮游植物活动是造成此海域成为大气CO2弱汇的主要原因。秋季有机物降解和浮游植物活动是影响胶州湾pC02分布的主要因素。冬季胶州湾表层海水pC02最低值位于湾东北部,并从湾北部到湾口呈梯度递增。pC02测得值在145-361μatm之间,平均值为236μatm,△pCO2在-235-70μatm之间,平均为-135μatm,表现为大气CO2的强汇。冬季由于陆地基本封冻,除城市化影响严重的东部近岸海域外,其他海域暂时不受陆源影响。冬季温度变化范围不到1℃,温度对pC02分布的影响很小,几乎可以忽略。同时由于冬季湾内污染情况较轻,温度和异养细菌数量降低,因此有机物降解对pC02的影响微弱。但由于冬季湾内水文、生物等环境条件相对较稳定以及冬季大风作用将底层丰富的营养盐带至表层,造成了浮游植物的高峰,冬季旺盛的浮游植物活动是影响胶州湾pC02分布的主要因素。本文利用平均风速及Liss & Merlivat(1986)、Wanninkhof (1992)和McGillis et al. (2004)三种模式计算结果的平均值估算了胶州湾月际CO2通量,并计算了胶州湾秋、冬季碳通量。11月份CO2通量为2.76 mmol m-2d-1,2月份CO2通量为-14.54 mmol m-2d-1。秋季胶州湾整体上表现为大气CO2的源,可向大气排放0.90×103tC；冬季胶州湾表现为大气CO2的强汇,可从大气吸收4.76×103tC。可以看出,胶州湾CO2源／汇季节变化显著,冬季的碳吸收通量约为秋季碳释放通量的5倍多。分析表明：温度、有机物降解和浮游植物活动等因素在胶州湾秋冬季pC02及CO2通量的季节变化过程中起着重要的作用。通过Takahashi (1993)温度校正公式和Takahashi et al. (2002)的计算方法得出的结果也表明：在pC02的季节变化过程中,温度和生物活动对pC02产生的影响作用大小相当,温度和生物活动共同控制着胶州湾秋冬季pC02的季节变化。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
0 引言  11-13
1 文献综述  13-28
  1.1 陆架边缘海碳循环研究的重要意义  13-15
  1.2 边缘海pCO_2分布的控制因素  15-19
    1.2.1 盐度和温度  15-16
    1.2.2 生物活动  16-17
    1.2.3 海洋环流  17-18
    1.2.4 河流输入  18-19
  1.3 陆架边缘海海-气界面CO_2通量的研究现状  19-21
    1.3.1 边缘海CO_2通量研究现状  19-20
    1.3.2 河口、海湾CO_2通量研究现状  20-21
  1.4 胶州湾海域概况及生源要素、碳循环研究现状  21-25
    1.4.1 胶州湾海域概况  21-22
    1.4.2 营养盐分布状况  22-23
    1.4.3 叶绿素a及初级生产力研究状况  23-24
    1.4.4 胶州湾碳循环研究现状  24-25
  1.5 海-气界面CO_2通量的估算方法  25-28
    1.5.1 海气界面CO_2通量的计算模式  25-26
    1.5.2 调查海域海-气界面碳通量的估算方法  26-28
2 站位设置及实验方法  28-31
  2.1 研究海域站位设置  28
  2.2 实验方法  28-31
    2.2.1 温度和盐度的测定  28-29
    2.2.2 碳酸盐系统参数测定  29-30
    2.2.3 其他参数的测定  30-31
3 秋季胶州湾表层海水pCO_2分布及影响因素  31-44
  3.1 秋季胶州湾表层海水水文特征  31-33
    3.1.1 秋季胶州湾表层海水温盐分布  31-32
    3.1.2 秋季胶州湾表层海水TSS分布  32-33
  3.2 秋季胶州湾表层海水各形态碳参数的分布  33-35
    3.2.1 秋季胶州湾表层海水pCO_2分布  33
    3.2.2 秋季胶州湾表层海水pH、Alk和DIC分布  33-35
  3.3 秋季胶州湾水-气界面pCO_2控制机制探讨  35-42
    3.3.1 秋季胶州湾表层pCO_2与温、盐关系  35-36
    3.3.2 叶绿素a与DO的分布及对pCO_2分布的控制作用  36-38
    3.3.3 COD、DOC分布及有机物降解对pCO_2分布的控制作用  38-42
      3.3.3.1 COD和DOC的分布  38-40
      3.3.3.2 典型站位的有机物耗氧呼吸作用  40-41
      3.3.3.3 有机物降解对pCO_2分布的控制作用  41-42
    3.3.4 秋季胶州湾碳酸盐系统参数之间的关系  42
  3.4 本章小结  42-44
4 冬季生物活动对胶州湾表层海水pCO_2分布的控制作用  44-53
  4.1 冬季胶州湾表层海水水文特征  44-46
    4.1.1 冬季胶州湾表层海水温盐分布  44-45
    4.1.2 冬季胶州湾表层海水TSS分布  45-46
  4.2 冬季胶州湾表层海水各形态碳参数的分布  46-48
    4.2.1 冬季胶州湾表层海水pCO_2分布  46
    4.2.2 秋季胶州湾表层海水pH、Alk、DIC和DOC分布  46-48
  4.3 生物活动对冬季胶州湾pCO_2的控制作用  48-52
    4.3.1 叶绿素a、DO及COD分布  49-51
    4.3.2 生物活动对表层海水pCO_2分布控制机制的探讨  51-52
    4.3.3 表层海水pCO_2与pH和DIC与Alk的关系  52
  4.4 本章小结  52-53
5 胶州湾秋、冬季通量比较及pCO_2季节差异讨论  53-61
  5.1 胶州湾△pCO_2分布的季节变化  53-54
  5.2 胶州湾秋、冬季海-气界面的CO_2通量比较  54-55
  5.3 秋、冬季表层海水pCO_2影响因素的季节演变  55-60
    5.3.1 温度  55-56
    5.3.2 有机物降解  56
    5.3.3 浮游植物活动  56-57
    5.3.4 秋、冬季胶州湾表层海水pCO_2季节差异讨论  57-60
  5.5 本章小结  60-61
6 结论  61-63
参考文献  63-73
致谢  73

胶州湾秋冬季海—气界面CO_2源/汇的季节演变

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