臺灣海峽及鄰近海域溶解無機與有機碳的時空分布及其影響因素.pdf

1、海洋作為地球上最大的碳庫之一，在全球碳循環(huán)中起著非常重要的作用;溶解無機碳(DIC)和溶解有機碳(DOC)是海洋碳庫的重要的組成部分，它們在海洋中的分布、遷移和轉化是海洋碳循環(huán)的關鍵環(huán)節(jié)。近海陸架區(qū)連接陸地與大洋，受陸源徑流輸入、人為活動擾動、高生物生產力、復雜的水動力過程等多種因素的共同影響，碳循環(huán)過程及其機制比較復雜。因此，開展陸架海區(qū)DIC和DOC時空分布及其影響因素的研究，對于揭示海洋中碳的生物地球化學循環(huán)的調控機制具有重要的典

2、型意義。本論文選取臺灣海峽及其鄰近海域為研究區(qū)域，利用2006年07月～08月、2006年12月～2007年02月、2007年4月～5月，2007年10月～2008年1月臺灣海峽西部獲取的pH、堿度和有色溶解有機物(CDOM)的資料，2009年06月、2009年08～09月于閩南粵東海域以及2009年2月、5月、8月及10～11月于廈門灣獲取的pH、總堿度、DIC、TOC、DOC以及CDOM等資料，對臺灣海峽及其鄰近海域、以及典型河口海

3、灣海水中碳酸鹽體系及溶解有機碳的時空分布及其影響因素進行研究，以期為進一步研究河口、近海碳的遷移轉化及循環(huán)機制提供更完整的參考資料。主要研究成果如下:
　　 (1)臺灣海峽西部表層水體全年總體表現(xiàn)為CO2的匯，海氣CO2通量年均為-1.29mmol/(m2·d);春季、夏季、秋季和冬季平均海氣CO2通量分別為-1.31、-0.34、-0.28和-3.23mmol/(m2·d)。
　　 由于陸地徑流以及水體垂直混合作用超過

4、浮游植物活動的影響，春季、秋季和冬季近岸區(qū)域表層海水pCO2高于遠岸區(qū)域;其中，秋季和冬季的近岸區(qū)域表現(xiàn)為凈CO2源(秋季:1.95mmol/(m2·d);冬季:2.34mmol/(m2·d))。夏季由于浮游植物活動強度達到全年峰值的影響，近岸區(qū)域表層海水pCO2低于遠岸區(qū)域，且表現(xiàn)為CO2匯;而遠岸區(qū)域表現(xiàn)為弱的CO2源（～387.6μatm）。此外，由于夏季閩江口附近浮游植物活動強度強于九龍江口附近海域，使得閩江口附近富含過飽和CO

5、2的表層海水的影響范圍明顯小于九龍江口。
　　 (2)2009年06月和08～09月閩南粵東海域均表現(xiàn)為CO2的源，海氣CO2通量分別為0.016和0.97mmol/(m2·d)。水團物理混合過程、浮游植物光合作用、上升流所攜帶有機物的礦化作用等是影響表層海水pCO2分布的主要因素;特別是由于08～09月上升流強度和影響范圍大于06月，使得該季節(jié)水團混合、浮游植物以及有機物礦化對表層海水pCO2的影響程度均高于06月，其貢獻率分

6、別為39.6％、28.3％和22.7％。
　　 (3)廈門灣表層水體pCO2變化表現(xiàn)出顯著的時空差異:2009年春季表層水體pCO2最低，表現(xiàn)為凈CO2匯;夏季、秋季和冬季均表現(xiàn)為CO2源，其中秋季達到全年的高值。有機物的好氧呼吸作用是春季和夏季九龍江河口淡水影響區(qū)域水體表層高pCO2的重要原因，而高鹽度區(qū)表層水體pCO2的分布則主要受河海水混合作用影響。
　　 (4)臺灣海峽西部海域CDOM的光學特征表現(xiàn)出明顯的時空變

7、化特征:夏季水體CDOM的吸收系數(shù)α280和光譜斜率S275-295的均值分別為1.10m-1和30.6μm-1;而冬季吸收系數(shù)α280和光譜斜率S275-295的均值分別為1.47m-1和26.7μm-1;這表明臺灣海峽冬季CDOM的豐度及其芳香度和平均分子量亦顯著高于夏季。同樣，近岸區(qū)域水體CDOM的豐度及其芳香度和平均分子量顯著高于遠岸區(qū)域。利用平行因子分析(PARAFAC)方法識別出臺灣海峽西部水體CDOM有5種熒光組分，其中C

8、1(345，245/484nm)、C2(330，245/408nm)、C4(335，275/432nm)為類腐殖質組分，C3(275/348nm)和C5(240/356nm)為類蛋白質組分。臺灣海峽西部海域CDOM的時空分布格局主要受水團運動的影響;夏季近岸(S≤32.5)、冬季近岸(S≤32.0)和冬季遠岸(S＞32.0)區(qū)域水團混合作用的貢獻率分別為52.0％、46.2％和56.7％，而夏季遠岸區(qū)域(S＞32.5)水團運動的貢獻率(

9、～32.5％)與浮游植物的貢獻率(～35.9％)接近。其中，夏季主要受南海水輸送的影響，冬季主要受閩浙沿岸流和黑潮支流的影響，而臺灣海峽西岸大陸徑流輸入的影響小于5％;浮游植物的貢獻率大約為25％左右。
　　 (5)2009年06月以及08～09月閩南粵東海域水體中TOC主要受水團物理混合的影響;而DOC則受水團物理混合和浮游植物活動的雙重影響，尤其在08～09月，浮游植物活動成為影響DOC分布的主要因素。
　　 08～

10、09月閩南粵東海域水體CDOM的平均含量高于06月，而06月CDOM空間分布的差異性及來源變異性則高于08～09月。水體中CDOM有5種熒光組分，其中組分C1(250，345/454nm)、C2(230，310/374nm)和C5(265，425/478nm)為類腐殖質熒光組分，組分C3(230/342nm)和C4(230，275/322nm)屬于類蛋白質熒光組分。該區(qū)域影響水體中CDOM分布的因素與臺灣海峽西部有所差異;浮游植物活動的

11、影響明顯高于水團的物理混合，其中06月和08～09月浮游植物活動的貢獻率達50％～60％，而水團的物理混合的貢獻僅為15％～25％;但隨著上升流影響程度加劇和范圍的擴大，水團物理混合貢獻有所增強。
　　 (6)2009年，廈門灣水體中DOC是TOC的主要組成部分;尤其是在秋季，陸源徑流輸入以及浮游植物生長活動等是影響廈門灣DOC和TOC時空分布格局的主要因素。
　　 2009年，廈門灣水體中CDOM分布存在明顯的季節(jié)差異

12、;秋季CDOM平均含量最高，空間變化也最大，但來源相對固定、單一;冬季CDOM含量最低，空間變化最小，但來源變異性較為復雜。水體中CDOM的熒光組分與閩南粵東海域類似，也有5種熒光組分，包括3種類腐殖質熒光組分(C1:250，345/454nm;C2:230，310/374nm;C5:265，425/478nm)以及2種類蛋白質熒光組分(C3:230/342nm;C4:230，275/322nm)。九龍江是廈門灣CDOM的重要來源，九龍