利用现场和卫星遥感数据估算南大洋碳通量

【摘要】： 南大洋在全球碳循环自然源和人为源CO_2与大气之间的交换中起着关键的作用。本研究选取了中国南极科学考察第16航次和第21航次在两个航次相应时间内(1999年12月～2000年1月,2004年12月～2005年1月),在中山站和长城站往返航线覆盖的海域,为50°S到75°S,60°W到80°E之间的南极海域。通过分析南大洋表层海水pCO_2时空变异的主要调控因子,利用雪龙船现场走航观测的海表层水pCO_2和叶绿素,海表层水水温数据,推导出pCO_2与调控因子之间的经验关系。根据遥感叶绿素和SST数据推导出研究海区的pCO_2数据,并利用从QuikSCAT卫星遥感风速数据得到海气交换系数K,AVHRR卫星遥感海表层水水温数据和由NOAA全球海洋数据中心提供的大气CO_2观测数据,海表层水盐度数据,建立一维网格模型,进一步估算该海区的海气碳通量周平均和月平均变化情况。从大面积宏观的角度上分析了南极海域夏季碳通量时空分布的区域特征,并且从定量上提高了南极海域对CO_2吸收的精确性。从模式计算的结果分析了南极海域不同海区pCO_2的调控因子。主要结果如下: 1.南极海域夏季叶绿素浓度分布呈现随时间变化的向岸梯度分布的特征。在南半球高生产力季节的12月份和1月份,叶绿素高值区主要出现在冰边缘,岛屿附近和陆架海域。南极海域夏季水温由南向北呈现明显的随时间变化梯度递增分布趋势。在南极辐散带(73°E,64°S)和0经度断面上(0°E,65.5°S)两处有明显的SST涌升高值区。南极海域夏季表层水盐度的分布呈现不规则的空间分布,盐度值或高或低的块状分布。在1月份,表层海水盐度值有所下降。南极海域夏季为全年风场最弱的季节,在整个40°S以南海域以偏西风为主。 2.南极海域60°W到80°E之间海区夏季基本是大气CO_2的净汇区,pCO_2的分布特征具有明显的时空变异。CO_2的源汇强弱情况为:南大西洋＞南乔治亚岛和马尔维纳斯群岛＞南极半岛＞普里兹湾湾内＞南印度洋＞威德尔海＞普里兹湾湾外。 3.本研究计算得出在1999年12月份,2000年1月份,2004年12月份和2005年1月,50°S以南的南极海域碳吸收能力分别为:0.068GtC,0.072GtC,0.071 GtC,0.074 GtC。并估算出在1999年,2000年,2004年和2005年,南极海域年平均碳吸收能力为:0.476 GtC,0.489 GtC,0.511GtC,0.518 GtC。南极海域对大气CO_2吸收的贡献为25%。南极海域对大气CO_2的吸收呈逐年增加趋势。在威德尔海,南乔治亚岛、马尔维纳斯群岛和南极半岛,南大西洋海区的碳吸收能力逐年增加,是大气CO_2的强汇区,而南印度洋海区的碳吸收能力却呈下降趋势。