CFCs/SF6示踪法研究南海北部人为碳储量变化及其影响因素

The changes of anthropogenic CO2 in ocean largely affect the carbon cycling in ocean, even the global carbon cycling. It is also important for the in-depth research on marine environmental problems, such as ocean acidification. The South China Sea (SCS) is the largest and deepest marginal sea in China. The complicated hydrological processes (such as currents and water exchange) and air-sea interaction may influence the storage of anthropogenic CO2 in the northern SCS. The storage of anthropogenic CO2 can be estimated by using the transit time distribution (TTD) method with the data of chlorofluorocarbons (CFCs) and sulfur hexafluoride (SF6). The sampling method and the simultaneous determination of CFCs and SF6 have been built in the applicants’ lab. So, the distribution of CFCs and SF6 in the northern SCS can be obtained for the estimation of anthropogenic CO2. This study aims to investigate on the change of anthropogenic CO2 and the influence factors in the northern SCS. This will help us to better understand whether the SCS is still a sink of carbon.

海洋中人为碳（anthropogenic CO2）储量及其变化情况，是构建海洋乃至全球碳收支平衡的重要研究内容，对于研究海洋酸化等环境问题具有重要研究和现实意义。南海是我国深度最深、面积最大的边缘海，其北部具有复杂的海气交换和水文动力过程。因此在南海北部，人为碳储量不仅受到海气交换的影响，而且会显著受到水团环流、水团交换等水文过程的影响。基于申请人团队已经具备的氟利昂（chlorofluorocarbons，CFCs）和六氟化硫（sulfur hexafluoride，SF6）的采样方法和同时测定分析技术，本项目拟通过获取南海北部水体中CFCs、SF6的分布，结合温盐等参数，采用转移时间分布（Transit Time Distribution，TTD）方法估算南海北部水体中人为碳的储量；同时通过多次重复站位测量，研究南海北部人为碳储量变化情况及其影响因素，进而探究南海人为碳的源汇问题。

海洋中人为碳储量及其变化情况，是构建海洋乃至全球碳收支平衡的重要研究内容，对于研究海洋酸化等环境问题具有重要研究和现实意义。本项目在完成南海北部人为碳储量的年际变化研究的基础上，扩展了研究海域和研究方向，从而明确了温度是控制海洋生物地球化学过程的最重要因素。主要研究结论如下：.通过CFC-12和SF6估算获得水团平均年龄，在吕宋海峡两侧建立参考端元，可以观测到其三层环流结构水团年龄差异，为上层8年，中层39年及深层20年。结果表明黑潮等洋流影响下西太平洋的水体通风强于南海东北部，尤其是在中深层。同时在吕宋海峡附近，除密度梯度外还存在额外的西向水体传输动力机制。.通过TTD方法，进一步估算获得南海人为碳浓度及水柱储量。结合历史数据，发现南海1 500 m以浅水体人为碳水柱储量由2011年的28.65 mol m-2增至2020年的33.29 mol m-2。南海人为碳分布具有较明显的南北差异，与南海整体的气旋式环流模式相吻合。温度、河流径流和上升流是南海人为碳吸收过程的重要影响因素。.基于边缘海与开阔大洋间水体传输过程研究的相关性，开展了白令海至西北冰洋的水体传输过程及其通风差异研究。结果表明北冰洋中深层水体的通风强于白令海，白令海表层和加拿大海盆西南部太平洋水核心区的平均年龄梯度是太平洋入流混合、入侵所造成。2000 m深度上白令海的人为碳平均水柱储量（25.2 mol m-2）低于北冰洋（45.7 mol m-2）。对比南海，西北冰洋扇区受近年海冰覆盖面积减少的影响，水体通风强度总体呈上升趋势。.表观耗氧速率的研究成功地将物理化学原理应用到海洋学过程中，明确了温度在耗氧过程中的调控作用，生物地球化学过程速率是温度的函数而非深度函数。利用Redfield比值进一步估算得到100-1 500 m水柱内的有机碳输出通量，分别为南海东北部1.7 mol C m−2 yr−1，西太平洋1.3 mol C m−2 yr−1。