白令海海表二氧化碳分压和海-气二氧化碳通量的时空变化研究取得新进展

供稿:张思琪 发布日期:2024-02-05 阅读:299

我室白雁研究员及其合作者在海洋学领域知名期刊Frontiers in Marine Science 发表了题为Spatial and temporal variations in sea surface pCO2 and air-sea flux of CO2 in the Bering Sea revealed by satellite-based data during 2003–20192003-2019年白令海海表pCO2和海-CO2通量的时空变化的研究论文。论文的第一作者为我室的张思琪博士论文通讯作者为白雁研究员,合作者包括我室何贤强研究员、李腾副研究员、龚芳高级工程师、余舒洁博士、潘德炉院士以及上海交通大学联合培养的博士生江治廷

白令海是北太平洋海水进入北极的重要通道,了解白令海海-二氧化碳(CO2通量的长时间序列变化对全球碳循环研究具有重要的借鉴意义。本研究基于白令海走航海水二氧化碳分压(pCO2数据和多源卫星数据,利用高斯过程回归(GPR模型反演2003-2019年白令海的海水pCO2,估算了相应的海-CO2通量,并在此基础上分析了海水pCO2和海-CO2通量的时空分布主要控制机制。

本研究在利用GPR方法,以6个参数组合作为模型输入参数XCO2ChlaSSHMLDSST和水深数据)对白令海海水pCO2进行了反演评估数据集验证,在陆架海区反演海pCO2 RMSE23.08 μatmR2= 0.91海盆RMSE12.56 μatmR2=0.96)。研究保留了两个覆盖度较大的航次用于独立验证(1424个组观测数据),RMSE23.49μatmR2=0.94(见图 1)。GPR算法可以较好模拟白令海海水pCO2的时空分布特征。

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1  a)白令海独立验证集获得的GPR算法反演结果与观测数据比较。(b)海盆和(c)陆架

在此基础上,反演了2003-201917年间白令海海水pCO2遥感月平均产品,空间分辨率为4km。如图2所示,2003-2019年期间,白令海海水pCO2数值范围是250~450 μatm,呈现出明显的季节和空间变化,虽然,陆架和海盆区域都表现为典型的亚极地pCO2季节变化模式,即夏季海水pCO2较低,冬季和春季海水pCO2较高,但是海盆与陆架区的季节性变化并不同步,陆架海水pCO2季节性下降比海盆区域的早2-3个月,并且在4-9月陆架海水pCO2都保持在较低值。

研究团队重建了2003-2019白令海-CO2通量,其季节变化与海水pCO2的季节变化相似,平均海-CO2通量约为±0.7 mol m2 mon-1。整体上11-次年4海水向大气释放CO2,并在6-10月成为大气CO2汇。除阿拉斯加沿岸外,陆架则持续表现为大气CO2的汇,并在春季达到最大CO2吸收量。阿拉斯加沿岸在夏季,特别是6-8月表现为大气CO2的弱源。白令海南部(阿留申群岛沿海)整体呈现为碳源。由于海水pCO2在冬季的缺失,冬季海-CO2通量数据也存在较多的缺失。

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2  2003-2019年白令海-气候态月平均海面pCO2

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3  2003-2019年白令海-气候态月平均海-CO2通量

本文计算了温度对海水pCO2的影响(T(pCO2)),以及所有其他非温度过程对海水pCO2的影响(nonT(pCO2)(图4。结果表明,在白令海,非温度效应,包括生物效应、上升流作用和季节性混合共同主导了海水pCO2的时空变化T(pCO2)nonT(pCO2)具有相反的影响,同时非温度效应比温度效应大~2-4倍,温度效应平均贡献12.7 μatm,而平均非温度效应为51.8 μatm。这种差异也证实了前人所提出的温度不是白令海海水pCO2变化的主要控制机制的结论。

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4 2003-2019年白令海-气候态a)温度效应和(b)非温度效应对海水pCO2贡献分布

在大气pCO2持续上升(2.1 μatm yr1)的背景下,白令海海盆和陆架的碳源/汇格局向不同方向演化。从2003年到2019年,海盆作为大气CO2的源,海水pCO2持续增加趋势2.8 μatm yr1)。陆架海区海水pCO2没有明显的趋势变化,一直保持在<360 μatm的较低值(季节性波动为±63 μatm),其初级生产力较高,是一个重要碳汇。总体来说,白令海总体上可以被视为一个不断增加的碳汇。由于碳酸盐系统的变化,陆架区海水pCO2的季节性振幅也在显著增加,这可能会影响未来白令海的碳汇能力

论文引用:Zhang S, Bai Y*, He X, Jiang Z, Li T, Gong F, Yu S and Pan D (2023) Spatial and temporal variations in sea surface pCO2 and air-sea flux of CO2 in the Bering Sea revealed by satellite-based data during 2003–2019. Front. Mar. Sci. 10:1099916. doi: 10.3389/fmars.2023.1099916






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