海洋邊界層大氣痕量成分及有毒物質(zhì)調(diào)查研究：以甲烷、生物氣溶膠及汞為例.pdf

1、隨著人類活動的不斷加強，如化石燃料的燃燒等，驅(qū)使大氣中溫室氣體、污染物等的濃度不斷增加，一方面增強地球的溫室效應(yīng)，另一方面，又由于氣候變化引起了一系列環(huán)境問題，這些變化最終對生態(tài)系統(tǒng)和人類健康產(chǎn)生危害。大氣中氣溶膠粒子和溫室氣體會影響太陽輻射、地面長波輻射的吸收和散射，從而直接影響全球氣候。而全球氣候的變化又會對大氣污染物的分布、傳輸、轉(zhuǎn)化起著重要的影響。在氣候變化的背景下，了解大氣環(huán)境中溫室氣體、生物氣溶膠及污染物的變化特征，對于了解

2、和研究氣候變化及氣候變化對人類及生態(tài)系統(tǒng)的潛在影響有著重要意義。海洋上的大氣環(huán)境由于受到當(dāng)?shù)厝祟惢顒佑绊戄^少，對氣候變化比較敏感，然而，目前對于海洋上尤其是偏遠(yuǎn)地區(qū)的極區(qū)氣溶膠、溫室氣體及污染物的濃度變化及分布特征了解甚少。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、偶淄榈淖兓卣骷捌溆绊懸蛩?。在中國第5次北極考察(CHINARE2012)期間，以船基為基礎(chǔ)，獲取了中國近海岸到中心北冰洋地區(qū)（31.1°N-87.4°N，22.8°W-90°E-1

3、66.4°W）的CH4濃度及δ13C-CH4的變化特征。整個航線上甲烷的均值與目前全球背景值相接近，但甲烷和甲烷碳同位素表現(xiàn)出明顯的時空變化特征，CH4濃度及δ13C-CH4的濃度變化范圍分別為1.65ppmv～2.63ppmv和-50.34‰～-44.94‰(均值:-48.55±0.84‰)。CH4濃度和δ13C-CH4的變化受到大氣氧化、人為源及微生物等因素的影響。大氣δ13C-CH4隨緯度呈降低趨勢，是OH和Cl的大氣氧化作用隨緯

4、度逐漸減少引起的;通過結(jié)合氣團軌跡反演以及同位素變化對應(yīng)甲烷濃度變化的關(guān)系，中緯度沿岸海區(qū)的甲烷主要是人為源占主導(dǎo);通過光照對比實驗，航線上CH4濃度和δ13C-CH4在有光和無光條件下沒有顯著差異，但中心北冰洋有光和無光的通量實驗表明有光條件下產(chǎn)生更多的甲烷，我們推斷這主要是微生物作用引起的，這表明微生物的作用可能可以彌補了大氣氧化作用。
　?、粕餁馊苣z的變化特征及其影響因素?？諝庹婢且环N重要的生物氣溶膠。在中國第4次北極考

5、察(CHINARE2010)期間，我們調(diào)查了它的濃度和粒徑分布特征?？諝庹婢鷿舛茸兓秶?-320.4CFU/m3，海洋邊界層的空氣真菌濃度明顯低于大多數(shù)的陸地生態(tài)系統(tǒng)，中國近海岸、西北太平洋、楚科奇海、加拿大海盆及中心北冰洋地區(qū)空氣真菌的濃度分別為172.2±158.4 CFU/m3、73.8±104.4 CFU/m3、13.3±16.2 CFU/m3、16.5±8.0CFU/m3、和1.2±1.0 CFU/m3。從低緯地區(qū)到高緯地區(qū)

6、大致呈現(xiàn)降低的趨勢。空氣真菌具有較寬的粒徑分布，除了中心北冰洋海區(qū)外，在大多數(shù)區(qū)域內(nèi)空氣真菌表現(xiàn)為正態(tài)分布模式。空氣真菌最大比例的粒徑分布范圍是2.1～3.3μm，約占36.2％;最小比例的粒徑分布范圍是0.65～1.1μm，約占3.5％。本研究中粒徑分布范圍在1.1-3.3μm達到63.1％?？諝庹婢臐舛群土椒植际艿綒鈭F來源、氣溫、氣象條件及海冰濃度的影響，在這些參數(shù)中，氣溫是主要影響因素。合適的周圍氣溫及有霧的氣象條件下可能有助

7、于真菌的生長，此外，海冰的融化可能增加海冰中的微生物或海冰中的營養(yǎng)物的釋放，從而增加空氣真菌的濃度。
　?、潜北蟠髿夤淖兓卣骷捌溆绊懸蛩亍Ｔ谥袊?次北極考察（CHINARE2012）中，雪龍?zhí)柶票状涡旭倴|部航道并橫穿中心北冰洋，通過在考察船上安裝了Tekran2537B大氣汞觀測儀，在線高分辨獲取了橫跨東西北冰洋大氣汞的數(shù)據(jù)，并與2010年雪龍?zhí)柕挠^測數(shù)據(jù)進行對比分析。2012年7月至9月橫穿中心北冰洋航線上大氣汞的濃

8、度變化范圍為0.15 ng/m3到4.58 ng/m3，均值為1.23±0.61 ng/m3，出現(xiàn)頻率最高的濃度范圍是1.0-1.5 ng/m3，比之前北半球報道的背景值低。在北冰洋觀測到的這種不均勻分布是由于受到海冰融化及徑流的影響。北冰洋7月的大氣汞濃度低于9月，可能是因為大氣化學(xué)損失大于海洋釋放，這意味著融冰和河水貢獻的汞由于大氣化學(xué)過程的作用，更多的留在北冰洋中，從而加劇汞對北極生態(tài)系統(tǒng)的危害。
　?、任鞅碧窖蠡鹕綆Ъ氨?/p>

9、島地區(qū)大氣汞的變化特征及其影響因素。在中國第5次北極考察期間(CHINARE2012)，在北冰洋海域外，西北太平洋火山帶及冰島附近的大氣汞濃度變化變化范圍為0.17 ng/m3到9.03 ng/m3，均值為1.86±1.21 ng/m3，中間值為1.55 ng/m3。本文研究根據(jù)接近火山或地?zé)釁^(qū)的位置將航線分為5個航段。Leg1和leg4接近日本，這兩段的大氣汞濃度均值分別為1.99±0.71 ng/m3和2.56±1.39 ng/m3

10、，日本附近的大氣汞峰值是受到海洋釋放的影響。Leg2和leg3接近勘察加半島，這兩段的大氣汞濃度均值分別為1.23±0.55 ng/m3和2.78±1.42 ng/m3，結(jié)合SO2的遙感資料及火山灰的后向軌跡反演圖證實了leg3段的大氣汞峰值主要是受到火山活動的影響，而leg2段的大氣汞峰值是由于北太平洋較高的背景值引起。冰島地區(qū)大氣汞濃度均值1.39±1.02ng/m3，而雷克雅未克的大氣汞均值為1.91±1.27 ng/m3。該港口