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西北太平洋海洋生态系统碳循环数值模拟研究

季轩梁  
【摘要】:海洋作为全球最主要的碳库,在控制大气CO_2浓度、减缓温室效应以及调节气候变化方面起着重要的作用。西北太平洋海域,既有广泛的大陆架,又包含深水海盆区,是我们关注的重点海域。因此,准确定量地研究西北太平洋的海洋碳源汇分布格局、海气CO_2通量变化特征与影响机制,对我国近海海洋环境的监控和保护、海洋环境灾害的防灾减灾以及应对全球气候变化的响应与反馈等方面都具有重要的作用。 本文以区域海洋模型系统Regional Ocean Modeling System (ROMS)为水动力模型为物理要素背景场,结合西北太平洋,尤其是我国近海海洋环境特征,依据Bio_Fennel、Liu_NPZD(Nitrate Phytoplankton ZooplanktonDetritus)、和NEMURO(North Pacific Ecosystem Model for UnderstandingRegional Oceanography)等海洋生态模型,建立了高分辨率三维水动力-生态碳循环数值模型,对生态模型参数在西北太平洋海域的应用进行了相关的敏感性分析,系统研究了西北太平洋生态系统生态要素时空分布特征,并着重分析了1982~2005年,海水表面CO_2分压(pCO_2~sea)和海气CO_2通量的季节和年际变化特征,得到的几个主要研究结论有: (1)通过参数敏感性分析,得出4个对浮游植物的最敏感生态参数,分别为浮游动物的吸收率(ZooAE_N),浮游动物的新陈代谢率(ZooBM),浮游动物的最大比生长率(maxZgrow),叶绿素与浮游植物的最大比率(Chl2C_m),敏感性均超过了90%。 (2)通过对1992、1999和2000年提出的三种不同气体交换速率公式(Kn、Kwm和Kw)分析,发现气体交换速率k存在两个极值区域,即冬季为黑潮延伸体区域(33~40oN,140~150oE)和北赤道流区域(10~20oN,130~135oE),Kn和Kwm几乎相同且均小于Kw;夏季为黑潮逆流区域(20~30oN,130~140oE)和北赤道逆流区域(5~15oN,130~135oE),Kw和Kn几乎一致且均大于Kwm。 (3)pCO_2~sea全年区域平均范围为350~420μatm。1982年1月~2005年1月pCO_2~sea从344逐年增长至375μatm,增长率速率为1.11μatmyr~(-1);而pH从8.108逐年减小至8.088,显示了海水酸化现象,酸化率速率为-0.001yr~(-1)。pCO_2~sea与SST呈正相关,与Chl-a呈负相关,生物活动为主要控制因素,温度次之。 (4)海气CO_2通量全年区域平均范围为-1.25~1.52molm~(-2)yr~(-1),冬季最大,夏季最小。1982~2005年年际变化范围为-0.13~0.31mol m~(-2)yr~(-1),且与ENSO存在显著的关系(1997年为-0.032molm~(-2)yr~(-1)),平均值为0.12molm~(-2)yr~(-1),即海洋每年吸收大气中碳的量为0.297Pg-C,因此,西北太平洋主要表现为大气CO_2的汇 (5)137oE断面上SST、pCO_2~sea、海气CO_2通量和Chl-a变化范围分别为:19~29.1℃,334.07~611.98μatm,-3.95~2.51mol m~(-2)yr~(-1),0.28~0.59mgm~(-3)。3~35oN,海气CO_2通量在从南至北呈现明显区域分布特征,即“源-汇-源-汇”。11oN碳源最强(-3.95mol m~(-2)yr~(-1));25oN转变为碳汇;31oN碳汇达次高峰(2.45mol m~(-2)yr~(-1));33oN局部区域转为碳源(-0.15mol m~(-2)yr~(-1));35oN碳汇最强(2.51mol m~(-2)yr~(-1))。


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