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南海西北部海域夏季碳酸盐系统动态变化特征及调控机制:沿岸上升流、河流冲淡水及地下水输入的共同作用

已有 1411 次阅读 2023-5-12 14:01 |个人分类:《中国科学》论文|系统分类:论文交流

近岸海域水体的碳酸盐系统分布与变化受沿岸上升流、河流冲淡水、地下水输入,以及系列生物地球化学过程等多重因素的共同调控。厘清这些调控过程与机制,并对其中的主控因子进行定量解析颇具挑战。厦门大学戴民汉教授课题组杨威博士基于2009年和2012年夏季在南海西北部海域获取的现场观测数据,探究了水体碳酸盐系统各参数的分布特征及调控机制。结果表明,受控于不同的降雨量、河流径流量、风力驱动以及地形因素的共同影响,在南海西北部海域,河流冲淡水和沿岸上升流的影响区域具有显著时空差异。基于端元混合模型的定量解析结果表明,地下水输入使总溶解无机碳(DIC)和总碱度(TA)升高,但对pH和文石饱和度(Ωarag)影响较小,而有机物矿化则驱动底层水酸化。预测到本世纪末,南海西北部海域存在较高的海洋酸化风险。该项研究成果发表在《中国科学:地球科学》2022年第12期。




上升流是近岸海域较为常见的自然现象,将大量营养盐和溶解无机碳输送至表层海洋,使得上升流区域具有较高的初级生产力,其CO2源汇特征主要受控于次表层水体涌升所携带的溶解无机碳(DIC)和营养盐的竞争消耗。在近岸海域,上升流、河流冲淡水和地下水的输入,以及底层有机物的矿化使得水体pCO2及其他碳酸盐参数具有显著的时空变异性,调控机制复杂。

戴民汉教授课题组基于2009年和2012年夏季在南海西北部海域获取的现场观测数据,对调控碳酸盐系统不同参数时空变异性的主控因子进行了定性分析,结果表明,2009年调查区域主要受近岸河流冲淡水和上升流的影响(图1a),而2012年则受近岸河流冲淡水、珠江冲淡水和上升流的共同影响(图1d)。近岸河流冲淡水的影响面积受降雨量影响显著,2009年大于2012年;而珠江冲淡水的影响区域和冲淡水面积则受风场、流场及河流径流量的共同调控,2009年珠江冲淡水位于珠江口外东北部陆架区,影响区域小,而2012年则位于珠江口外西北部陆架区,影响区域大。在表层,受次表层具有高pCO2特征水体的垂直涌升和冲淡水区较高的生物吸收过程的影响,pCO2在上升流区和河流冲淡水区分别呈现极大值和极小值,而在离岸区域则分布较为一致,且主要受温度效应调控(图1b和1e)。在2009年受近岸河流冲淡水影响区域,全水柱水体均受地下水输入影响显著。在表层,其水体在较强的生物作用和地下水输入的共同影响下,DIC和TA均高于保守混合线,地下水添加的DIC高于生物吸收的DIC;在次表层,有机物矿化添加DIC,同时,地下水输入的DIC和TA使得水体呈现更高的DIC和TA添加特征(图1c和1f)。

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图1  2009和2012年夏季航次期间海表pCO2的空间分布图(a, d), pCO2的归一化到全年平均温度的pCO2(npCO2)与表层盐度(SSS)的关系图(b, e), 及航次期间DIC与盐度的关系图(c, f)

红色实心圆点代表各端元,红色实线为各端元点之间的保守混合线


该研究揭示了南海西北部海域夏季碳酸盐系统在沿岸上升流、河流冲淡水、地下水输入,以及底层有机物矿化的共同作用下,所呈现的显著时空变异性,可为研究多因素调控下的碳酸盐系统变化规律提供范例。

出版信息

中文出版信息:

杨威, 郭香会, 曹知勉, 苏剑钟, 郭利果, 王丽芳, 许懿, 黄韬, 李岩, 许艳苹, 王哲, 王桂芝, 戴民汉. 2022. 南海西北部海域夏季碳酸盐系统动态变化特征及调控机制: 沿岸上升流、河流冲淡水及地下水输入的共同作用. 中国科学: 地球科学, 52(12): 2373–2390

https://www.sciengine.com/SSTe/doi/10.1360/N072021-0115


英文出版信息:

Yang W, Guo X, Cao Z, Su J, Guo L, Wang L, Xu Y, Huang T, Li Y, Xu Y, Wang Z, Wang G, Dai M. 2022. Carbonate dynamics in a tropical coastal system in the South China Sea featuring upwelling, river plumes and submarine groundwater discharge. Science China Earth Sciences, 65(12): 2267–2284, https://doi.org/10.1007/s11430-021-9963-8




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