中国东海异戊二烯的时空分布、源-汇过程及其影响机制

Isoprene (C5H8), the most abundantly produced biogenic volatile organic compound (BVOCs) on Earth, plays important roles in the global carbon cycle and the balance of atmospheric chemistry and contributes to the formation of secondary organic aerosols (SOA). The ocean is an important source of isoprene. The biogeochemical process of marine isoprene and its environmental effect is an important frontier in global change research. The research on oceanic isoprene will be carried out in China's continental shelf sea in this project. Firstly, the tem-spatial distributions of isoprene in seawater and atmosphere will be systematically studied in the East China Sea, which is influenced seriously by human activities, to calculate the sea-to-air flux and to find out the key factors that control the distribution and flux of isoprene in the study area. Combined with laboratory simulation and in-situ incubation experiment, we will also determine the biological production rate, the photochemical production rate and the microbial consumption rate of isoprene, to estimate the source and sink of isoprene and their influencing mechanisms. Finally, the contribution of isoprene from the coastal seas of China to the net global oceanic emission will be estimated, which helps to provide certain theoretical basis for accurately understanding the biogeochemical cycle of isoprene in the coastal seas and its regional and global effects on climate change.

异戊二烯是全球释放量最大的生源挥发性有机物（BVOCs），是全球碳循环的重要参与者，影响着大气化学平衡且对二次有机气溶胶（SOA）有重要贡献。海洋是异戊二烯重要的源，其生物地球化学循环过程及环境效应是全球变化研究中一个重要的前沿领域。本项目将在我国开展海水中异戊二烯的研究，以受人为活动影响显著的东海为研究区域，研究海水和大气中异戊二烯的时空变化规律及影响因素，计算海-气释放速率，探讨各种环境因素对其浓度分布和海-气交换过程的影响；结合实验室模拟和现场培养实验，测定海水中异戊二烯的生物产生、光化学产生和微生物消费速率，对异戊二烯的主要源-汇过程及其影响机制进行综合评价。通过本项目的开展，定量估算我国近海异戊二烯释放对全球海洋释放的贡献，为深入研究陆架海区异戊二烯生物地球化学循环及其对区域和全球气候变化的影响奠定一定的基础。

异戊二烯是全球释放量最大的生源挥发性有机物，也是大气中普遍存在的重要活性气体，对全球碳循环的收支平衡具有重要的作用，在全球气候调节以及环境变化中扮演关键角色。海洋是大气异戊二烯的主要来源之一，浮游植物的光合作用以及溶解有机物的光化学降解都是海洋异戊二烯的重要产生途径。该项目以中国边缘海（黄海、东海和长江口海域)为核心研究海域，并以西北太平洋作为对比海域，系统研究了异戊二烯的时空分布特征及其与环境生态因子之间的相互关系，发现研究海域异戊二烯存在明显的时空差异，其中浮游植物生物量及群落结构是影响其浓度和分布的关键因素；首次测定了表层海水中异戊二烯的生物生产和光化学生产速率，探究了生物量、海水温度和太阳辐射对异戊二烯生产速率的影响，并建立了全球海洋混合层中异戊二烯的生产模式，定量评估了海洋垂直混合层对大气异戊二烯的贡献；初步探究了非甲烷烃的光化学来源，发现其它非甲烷烃特别是烯烃的光化学产生途径明显，分析了海水中参与光化学反应的有效组分，探究海水溶解有机物的光化学降解与烯烃生成的潜在联系；最后，准确计算了异戊二烯在中国边缘海与西北太平洋的海-气释放通量，以及大气异戊二烯的羟基自由基消耗速率、臭氧生成潜势和二次有机气溶胶生成潜势，评估了不同海区异戊二烯释放的区域性贡献。通过该项目的执行，系统认识了中国近海异戊二烯的时空分布规律及其控制因素，填补了海洋异戊二烯生产过程研究的不足，为建立海洋异戊二烯的生物地球化学循环模式提供了理论基础。