西北太平洋大气二氧化碳水龄数值研究

The northwest Pacific is a sink for atmospheric CO2. The total carbon dioxide (TCO2) generated by atmospheric CO2 over the northwest Pacific can travel in the vertical and horizontal direction under the ocean current, and then affect the oceanic uptake of atmospheric CO2 in the northwest Pacific. The applicant has already calculated the temporal and spatial variation of river water age in the sea. Based on constituent-oriented age and residence time theory (CART), the water age of atmospheric CO2 in the northwest Pacific will be simulated. The temporal and spatial variation of water age represents the transport time of TCO2 generated by atmospheric CO2 in different sea areas. A series of numerical tests will be carried out to study the relationship between East Asian monsoon and water age. This research can help us understand the water exchange and regulation on climate change in the northwest Pacific.

西北太平洋总体是大气二氧化碳的汇区。大气二氧化碳自西北太平洋海-气界面进入后所对应生成的总二氧化碳，在海流的作用下从表层到达深层和在水平方向上的物理迁移，很大程度上影响着西北太平洋吸收大气二氧化碳的能力。申请人前期已经开展了大河冲淡水在近海中水龄时空变化的数值模拟研究。在此基础上，本项目拟根据CART理论构建西北太平洋大气二氧化碳水龄模型，研究自海-气界面进入的大气二氧化碳在西北太平洋中水龄的时空变化。从而借用水龄的概念描述大气二氧化碳所对应生成的总二氧化碳在西北太平洋中的输运时间，定量考察不同海域对海表大气二氧化碳的响应时间。并通过数值试验，分析东亚季风与水龄时空变化的关系。该研究有助于深入理解西北太平洋中水交换过程及其对气候变化的调节作用。

本项目根据CART理论建立西北太平洋大气二氧化碳水龄数值模型，研究大气二氧化碳自海-气界面进入后在西北太平洋中水龄时空分布，并通过数值试验分析东亚季风影响。. 模拟结果表明，大气二氧化碳在西北太平洋中体积年平均水龄为11.72年。1-12月，垂向平均水龄均显示在东经130度以东、北纬20度以南的深海区域最高，南中国海和北纬40度以北次之，渤海、黄海、东中国海最低。水龄在东中国海中显示出较明显的季节变化，而在其他区域季节变化并不明显。西北太平洋各区域内，水龄最大值和最小值分别出现在下半年和上半年。如果把西北太平洋比作一个大水体，水龄最大值和最小值分别出现在11月（12.12年）和4月（11.36年）。. 水龄存在垂向差异。1-12月，表层水龄均显示在东经130度以东、赤道以南最高，南中国海和北纬40度以北次之，其他区域水龄较小。底层水龄显示在东经130度以东深海区域最高，南中国海和北纬40度以北次之，渤海、黄海、东中国海最低。底层高于表层，差异集中在东经130度以东深海区域。1-12月水龄从南到北均出现垂向层化。南纬5度，在东经120度-130度出现层化，深度达1000米。赤道到北纬10度，整个断面出现层化，深度达到海底，层化程度加剧。北纬15度到25度，1000米以浅水龄分布均匀，明显低于底层。北纬30度、45度、50度，层化深度约2000米。北纬35和40度，层化到达海底。. 东亚季风并未改变渤海、黄海、东中国海中水龄水平空间分布特征，但改变了数值大小。在东亚季风作用下，1-12月渤海、北黄海、南黄海中部水龄均降低，南黄海西部和东部水龄均增加，数值约1000天。东中国海在不同月份水龄改变存在差异。1-5月整个东中国海水龄升高，6-12月不同区域出现水龄降低。垂向上，东亚季风显著降低了4-10月南黄海中水龄的表底差异。在7-9月，东亚季风将南黄海水龄从底层低于表层转变为底层高于表层，差异超过400天。东亚冬季风和夏季风均未改变1-12月水龄的水平空间分布特征。冬季风改变了水龄数值大小，而夏季风降低了6-10月南黄海中水龄表底差异。