二氧化碳在中国海海/气界面交换的卫星遥感研究

摘要

全球变暖越来越引起人类的关注，作为主要的温室效应气体，大气中的CO<,2>浓度呈逐年增长趋势，已从工业革命前的280×10<'-6>atm增加到了1999年的367×10<,-6>atm，增加幅度达30﹪以上。大气中CO<,2>含量的持续增长被认为与人类的社会经济活动密切相关，并对全球气候变化产生了深远的影响。 海/气界面间不仅有热量和能量的交换，还存在物质交换(CO<,2>、CH<,4>等)。海洋是地球上最大的碳库。人类活动每年向大气排放60多亿吨碳，残存于大气中的仅占56.7﹪，其余的则必定被海洋和陆地生物圈等所吸收。因此，海洋对大气CO<,2>增加的响应，以及海洋是大气CO<,2>的“源”还是“汇”等问题，一直为科学家们所特别关注。 中国海是世界上最大、生产力最活跃的陆架海之一。正确估算中国邻近海域的碳通量，对于全球碳循环研究具有重要的意义。本文利用卫星遥感资料，对中国海及西北太平洋海域的CO<,2>海/气界面交换进行了研究。主要结果如下： 1．利用TOPEX/POSEIDON卫星高度计双工作波段的特点，在基于海面粗糙度(海面均方波陡)的Glover et al(2002)算法基础上，进一步考虑了化学增强效应对气体传输速率的影响，得出了计算CO<,2>在海/气界面传输速率的改进模式。给出了2002年中国海及西北太平洋海域化学增强效应的月平均影响分布。其中，1月份化学增强效应影响最小，约为0.6﹪；6月份影响最大，约为5.8﹪。计算表明，在西北太平洋的部分热带海域(0~-10～N，130°E～150°E)，化学增强效应的影响在夏季会达到31.98﹪。利用本文的改进算法给出了CO<,2>气体传输速率的气候平均分布，并对分布特征进行了分析。 2．将本文改进算法和两种典型的基于海面风速的传统算法(Liss &Merlivat，1986；Wanninkhof 1992)进行了对比。本文改进算法使用了2002年TOPEX/POSEIDON双频卫星高度计海面均方波陡数据。Liss & Merlivat(1986)和Wanninkhof(1992)算法使用了同时期的TOPEX/POSEIDON海面风速数据。研究海区为中国海和西北太平洋。每种算法均产生16280个CO<,2>气体传输速率时间序列值，并进而得到每种算法在2002年的月平均分布。三种算法的比较表明，利用本文改进算法得到的结果介于两种传统方法结果之间，Wanninkhof(1992)为最高，Liss & Merlivatq(1986)为最低。本文对此进行了分析。 3．基于以上研究结果，结合其他学者对于海表CO<,2>偏压的研究，并利用大气CO<,2>偏压的观测资料和其他实测资料，计算了中国海及西北太平洋海域CO<,2>在海，气界面交换的通量，给出了CO<,2>海/气通量的季节分布特征。结果表明，中国东海每年可以从大气中吸收约578万吨碳，这与我国JGOFS现场调查结果和其他学者的理论计算结果基本吻合。