PDF《O 饱和度异常差异性比较》

第24卷第 2期 极地研究 V o l .

2 4 ,N o .

2 2

0 1 2年 6月 C H I N E S EJ O U R N A LO FP O L A RR E S E A R C H J u n e

2 0

1 2 [ 收稿日期]

2 0

1 2年 2月收到来稿,

2 0

1 2年 3月收到修改稿 [ 基金项目] 国家自然科学基金项目(

4 0

6 7

6 0

6 2 ) 、 国家

8 6 3项目极区大气环境遥感监测技术(

2 0

0 8 A A

1 2

1 7

0 3 ) 和国家海洋局极地考察办 公室对外合作支持项目( I C

2 0

1 0

0 1

3 , I C

2 0

1 1

1 1

4 , I C

2 0

1 2

0 1 ) 资助 [ 作者简介] 陈立奇, 男,

1 9

4 5年生.研究员, 从事极区海洋大气化学观测研究.E m a i l : Щ倩倩倩Lqchen@s o a . g o v . c n 研究论文 热带与南极海域表层海水 N

2 O饱和度异常差异性比较 陈立奇 詹力扬 许苏清 张介霞 徐国杰 ( 国家海洋局海洋 大气与全球变化重点实验室, 国家海洋局第三海洋研究所, 福建 厦门

3 6

1 0

0 5 ) 提要 比较从

3 0 ° N西太平洋至

3 0 ° S 东印度洋等热带海域与南大洋至东南极普里兹湾等南极海域的大气和表层海 水N2O分压分布特征, 表层海水 p N O

2 饱和异常, 分析引起异常差异性的主要影响因子.南极海域普里兹湾表层水中 N

2 O分压( p N

2 O ) 平均为

3 1

1 . 9±

7 . 6n L ・ L -

1 (

1 4 . 1±

0 . 4n M) , 与大气中 N

2 O混合比(

3 1

8 . 5n L ・L -

1 ) 相比显略不饱 和, 融冰水的输入是导致不饱和的主要原因.海气 N

2 O通量为 -

0 . 3±

0 . 8μ m o l ・m-

2 ・d -

1 .而热带海域多数表层 海水中 N

2 O饱和度异常值都高于

1 0 %, 在赤道海域发现最高值达

5 4 .

7 %, 次高值则位于

1 0 ° N的苏禄海为

3 1 %, 计算 出在赤道和苏禄海的海气通量分别为 ~

1 2 . 4μ m o l ・m-

2 ・d -

1 和~4μ m o l ・m-

2 ・d -

1 .表明高纬度的普里兹湾是大 气中 N

2 O的弱汇, 而低纬度热带海域表现为大气中 N

2 O的源.造成热带与南极海域海洋 N

2 O饱和度异常的影响因 素, 可能是低纬度的热带海域由于海气间的气体交换较弱、 上升流影响强, 而高纬度的南极海域由于融冰分层和强偏 西风的影响;

而海表面风速是影响 N

2 O的海气交换和 N

2 O通量的重要因素. 关键词 N

2 O 饱和度异常 海气通量 热带海域 南极海域 d o i :

1 0 .

3 7

2 4 / S P . J .

1 0

8 4 .

2 0

1 2 .

0 0

1 1

0 0 引言 N

2 O是重要的温室气体之一, 同时也是破坏平 流层臭氧层的重要气体[

1 ] .与CO2相比, 同等浓度 下N2O的温室效应是 C O

2 的200―3

0 0倍左右, 因 此近些年备受关注.大气中 N

2 O浓度从工业革命 前的

2 7 0± 1n L ・L -

1 增加到

3 1

8 ―3

1 9n L ・L -

1 [

2 ] ;

并以每年

0 .

2 5 %的速率持续增长[

3 ] .在过去的一 个世纪以来, 大气中 N

2 O浓度明显上升可能主要是 人类活动造成的, 如氮素化肥施用、 尼龙生产以及使 用地下水灌溉等, 平均每年向大气释放的 N

2 O约为

4 . 5±

0 . 6T gN .自然源占总释放量的三分之二, 其中, 海洋每年向大气释放约 4T gN [

4 ] .这说明海洋 通过海气交换对大气中 N

2 O储库作出重大贡献, 海 洋是大气中 N

2 O净源. 自Craig和 G o r d e n [

5 ] 首次对海洋中的溶解态 N

2 O进行分析之后, 许多学者相继进行了这方面的 研究, 如对太平洋[

6

1 3 ] 、 大西洋[

1 4

1 8 ] 、 印度洋[

1 9

2 4 ] 和 南大洋[

2 5

2 6 ] 等海域的 N

2 O源汇及其分布进行调查 研究.目的是为了进一步了解 N

2 O形成机制以及 影响海洋中 N

2 O分布的因素[

1 1 ,

2 7

2 8 ] .利用稳定同 位素方法[

2 9

3 0 ] 对海洋中 N

2 O的研究结果表明在开 阔大洋的硝化过程是海洋中 N

2 O主要形成机制, 与 之前的研究结果相一致.然而, 一些研究者认为反 硝化过程同样也是 N

2 O重要形成机制[

3 1 ] .近年 来, 随着稳定同位素分析方法的不断完善, 开始对 N

2 O的同位素异构体( i s o t o p o m e r ) 中1

5 N的位置进行 分析, 该方法可以证明硝化菌在反硝化过程的存在. C h a r p e n t i e r 等人[

3 2 ] 利用该技术认为无论在寡营养 盐海域还是富含溶解氧的海域硝化菌的反硝化过程 可能是海洋中 N

2 O重要形成机制. 利用模式研究可进一步了解海洋中 N

2 O的分 布情况.N e v i s o n等人估计全球 N

2 O海气通量为

1 .

2 ―6 . 8T gN・ a -

1 , 平均约为 4T gN・ a -

1 [

4 ] ;

S u n t h a r a l i n g a m等人[

3 3 ] 得到类似结果约为

3 .

8 5T g N ・a -

1 .两个研究结果表明在

4 0 ―6

0 ° S海域是大 气中 N

2 O重要源, 约占全球海洋 N

2 O源的

1 /

3 .然而, N e v i s o n 等人[

3 4 ] 认为仅根据塔斯马尼亚附近海 域的少量数据, 会高估了这些领域的海气通量.这 种高估主要是由于缺乏该海域的相关数据.显然, 需要进一步研究来预测 N

2 O海气通量以及全球海 域N2O的变化情况.太平洋中央部分位于热带区 域, 该海域对全球气候变化和大尺度的天气情况以 及多样性生物的栖息地会产生重要影响, 全球物种 和生态系统的分布主要依赖于赤道区域发生的海洋 与大气过程, 尤其是印度尼西亚海域处于太平洋和 印度洋的低纬度交界海区, 穿过这里的印度尼西亚 贯穿流是热带太平洋和印度洋进行质量和热量交换 的主要通道, 年平均流量为

1 0S v , 向印度洋输送的 热量约占赤道太平洋海表吸收热量的

1 /

3 , 邻近的 苏禄海, 南中国等海区也最近成为了研究热点[

3 5

3 7 ] .对上述这些区域的海洋 N

2 O特征及与该 海域环境和水文特征关系却很少报道. 本研究利用中国第

2 2 次南极科学考察于

2 0

0 6 年1月1

5 ―2

5 日和3 月1

3 ―2

4 日期间, 中国 雪龙 号极 地破冰船从上海出发, 途经南中国海、 印度尼西亚海 域、 澳大利亚海域、 南大洋和南极海域所采集的样品 分析数据和资料.我们讨论了表层海水中 N

2 O分压 ( p N

2 O ) 分布、 饱和度异常以及在本航次中不同海域 之间海气通量之间的差异, 首次对热带低纬度和南极 高纬度海域的表层海水 N

2 O饱和度异常的影响因素 比较及揭示导致这些差异的可能机制, 为海洋 N

2 O 循环在气候变化中可能扮演的作用提供科学依据. 图1研究区域及站位.左边是普里兹湾站位;

右边是航线上站位 F i g .

1 .S t u d i e da r e a s a n ds t a t i o n s d u r i n gt h eC H I N A R E :l e f t h a n di s i nP r y d z B a ya n dr i g h t h a n di s o nt h ec r u i s e s

1 方法

1 .

1 研究海域和采样 样品采集于普里兹湾以及途经弗里曼特尔和上 海区域( 图1),将本航次途经弗里曼特尔和上海之 间分成几个区域: 澳大利亚西海岸( 站位 1至4);

北澳大利亚海盆( 站位 5至8);

龙目海峡( 站位 9至10);

望加锡海峡( 站........