近20年南海及墨西哥湾海-气CO2通量变化异同性遥感研究

he variations of the carbon fluxes in the marginal seas are controlled by both the anthropogenic influence and natural climate change. Due to the high spatial-temporal dynamic of the carbon fluxes in the marginal seas, and the difficulty of the in situ measurement to acquire the wide-coverage and long-term data, we need to develop the corresponding satellite remote sensing methods. In this study, we aim to the scientific question on the long-term change and its controlling mechanism of the carbon fluxes in the marginal seas. We take the two similar marginal seas as the study areas for comparison, one is the South China Sea, and the other is the Mexico Bay. These two marginal seas have the similar annual-mean sea surface temperature and chlorophyll concentration, and both of them are influenced by the large river plume and strong western boundary current, and also the eddy and tropical cyclone. From the view angles with large spatial and long-term scales, we use both the satellite remote sensing method and the marine chemical theory to the quantitatively assess the long-term changes of the air-sea CO2 fluxes in the South China Sea and the Mexico Bay in the past 20 years (1998~2020), and analyze their controlling mechanisms. Moreover, the similarities and differences between the South China Sea and Mexico Bay will be illuminated, and the impacts of the anthropogenic influence and natural climate change on the air-sea CO2 flux changes on the shelves and basins will be clarified. Our research will not only reveal the long-term change of the carbon flux in the marginal seas under global change, but also promote the combination of the micro study (marine carbon chemistry) and macro study (satellite remote sensing), and push the progress of the remote sensing of marine carbon cycle.

边缘海碳通量演变同时受到人类活动和全球气候变化的调控，由于其高度的时空动态变化，且传统现场观测难以获取大范围、长时间连续资料，需要发展卫星遥感方法。本项目针对边缘海碳通量长时间演变及其调控机制的科学问题，以两个相似的半封闭边缘海—南海和墨西哥湾作为切入点（年均海温和生物量相近、同时受大河冲淡水和强西边界流影响、中尺度涡和热带气旋显著等），通过卫星遥感长时间连续观测（宏观）及海洋碳化学理论机制分析（微观）的学科交叉研究，从大尺度动态变化的角度，定量评估南海和墨西哥湾海气CO2通量的近20年（1998~2020年）演变及其调控机制，阐明其异同性，理清人为活动与短期气候震荡对陆架和海盆的影响差异。项目研究可望揭示全球变化下边缘海碳通量的演变及其调控机制，促进边缘海碳循环的微观（碳化学）和宏观（卫星遥感）研究的结合，并推动海洋碳循环遥感的发展。

海洋固碳潜力是国际社会关注的热点，但目前仍缺乏可测量、可报告、可核查的海洋碳汇动态清单，利用高时空分辨率、长期稳定观测的卫星遥感资料扩展走航及定点观测的时空分辨率已成为全球及边缘海碳源汇格局估算的趋势。本项目通过卫星遥感长时间连续观测及海洋碳化学理论机制的学科交叉研究，以两个相似的半封闭边缘海—南海和墨西哥湾作为切入点，比较分析两者变化异同性及调控机制，从大尺度动态变化的角度，定量评估海-气CO2通量时空变化及其调控机制。项目取得的主要成果为：（1）建立了基于主控因子分析的海水CO2分压(pCO2)半分析遥感模型，在河流主导的南海及墨西哥湾陆架区分别构建了生物过程、混合过程导致的pCO2变化遥感模型。（2）对比研究了南海与墨西哥湾陆架和海盆区大气水体环境参数长时间序列变化特征，近30年两个区域海表温度和海平面高度均呈现较为上升趋势，南海陆架上升幅度高于墨西哥湾陆架海区；南海北部陆架叶绿素浓度呈现明显上升趋势，而墨西哥湾叶绿素浓度变化相对稳定。（3）分析了冷涡区温度、生物对海水pCO2的影响。2003-2016年南海冷涡区温度呈升高趋势，而叶绿素浓度存在微弱下降趋势；构建了南海夏季冷涡区海水pCO2反演算法。（4）构建了22年南海海水pCO2、海气界面CO2通量等遥感数据集，总体上南海海气CO2通量呈现显著下降趋势。（5）构建了颗粒有机碳、浮游植物粒径变化、初级生产力及颗粒有机碳向下通量等多种碳参数的长时间序列数据集，探讨和分析了南海浮游植物固碳的控制因素及对人类及气候变化的响应。研究成果已在RSE、JGR遥感学和海洋学主流期刊等发表论文21篇，项目负责人2018年入选浙江省首批“万人计划”，2020年入选国家“万人计划”青年拔尖人才。2017-2019年发起连续三届的“海洋碳循环遥感”国际/国内学术会议和培训班系列（SatCO2），其中2018年获国家自然基金应急项目（科技活动）资助。构建的20年碳循环关键参数遥感数据产品已发布共享，可为全面认识气候变化影响下的海洋碳循环系统演变提供基础数据。