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近百年来大亚湾沉积物有机质的沉积记录及对人为活动的响应

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海洋学报 2018年第10期40卷 119-130页

作者：曲宝晓宋金明袁华茂中国科学院海洋研究所海洋生态与环境科学重点实验室山东青岛266071 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋生态与环境科学功能实验室山东青岛266237 中国科学院大学北京100049 中国科学院海洋大科学中心山东青岛266071

通过对沉积物中粒度组成、总有机碳(TOC)、总氮(TN)、碳氮比(TOC/TN)和碳、氮稳定同位素丰度(δ^(13)C、δ^(15)N)等的分析,结合沉积年代学信息与端元混合模型结果,解析了百年尺度下大亚湾沉积物中不同来源有机质的演变过程及控制因素... 详细信息

通过对沉积物中粒度组成、总有机碳(TOC)、总氮(TN)、碳氮比(TOC/TN)和碳、氮稳定同位素丰度(δ^(13)C、δ^(15)N)等的分析,结合沉积年代学信息与端元混合模型结果,解析了百年尺度下大亚湾沉积物中不同来源有机质的演变过程及控制因素。结果表明,大亚湾沉积物特性在20世纪70年代末至80年代初发生了显著改变:在此之前,TOC、TN、δ^(13)C和δ^(15)N表现稳定,陆源与海源有机碳的比例维持在3∶7,而自此之后,TOC与TN含量显著升高,TOC/TN持续下降,在1980—2000年和2010年至今都出现了陆源有机碳比例升高,海源有机碳比例降低的现象。上述显著变化表明大亚湾海洋环境自20世纪70年代末至80年代初已经发生了重大变化。近20年来GDP与沉积柱中TN和δ^(15)N呈现出的显著正相关,与TOC/TN呈现出的显著负相关,表明沿岸经济的迅猛增长,水产养殖业的快速发展,周边人口的急速增加等人为活动,是造成大亚湾生态环境变化的重要原因。未来的研究应更密切关注人为活动对海湾生态环境的影响,通过法律法规约束行为,加强海湾生态环境保护与修复治理工作。

关键词：碳、氮同位素有机质人为活动环境演变沉积物大亚湾

基于模糊综合评价的粤港澳大湾区海洋沉积物中重金属污染演变历史——以大亚湾为例

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海洋学报 2020年第10期42卷 59-69页

作者：曲宝晓宋金明袁华茂中国科学院海洋研究所海洋生态与环境科学重点实验室山东青岛266071 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋生态与环境科学功能实验室山东青岛266237 中国科学院大学北京100049 中国科学院海洋大科学研究中心山东青岛266071

本研究测定了粤港澳大湾区典型海域—大亚湾沉积物中主要重金属元素的含量水平与污染状况。利用我国海洋沉积物质量标准和模糊综合评价法,系统探讨了大亚湾海洋沉积物质量的历史演变过程,为我国大湾区可持续发展提供了科学理论支持。结... 详细信息

本研究测定了粤港澳大湾区典型海域—大亚湾沉积物中主要重金属元素的含量水平与污染状况。利用我国海洋沉积物质量标准和模糊综合评价法,系统探讨了大亚湾海洋沉积物质量的历史演变过程,为我国大湾区可持续发展提供了科学理论支持。结果表明,大亚湾海域的重金属污染状况在过去近百年经历了3个主要变化阶段:(1)20世纪80年代之前,大部分重金属含量较低,沉积物质量处于一类等级,与重金属污染相关的生态风险较小,对沉积物生态风险贡献最高的元素为Cr,最低的为Cd;(2)1980−2000年间,大亚湾沉积物中的重金属含量明显高于背景值,表明该阶段出现了较为严重的重金属污染,使近岸海域的沉积物质量等级处于二类与三类,但大亚湾外部海域沉积物受污染影响较小,仍处于一类等级,在此期间,Cu取代Cr成为最主要的污染元素;(3)2000年以后,沉积物重金属的污染水平显著降低,生态风险迅速下降,沉积物质量等级恢复到了一类水平,Cr是这一阶段最主要的污染元素。

关键词：粤港澳大湾区大亚湾沉积物重金属污染模糊综合评价

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海洋酸化之时间序列研究进展

海洋通报 2020年第3期39卷 281-290页

作者：曲宝晓宋金明李学刚中国科学院海洋研究所海洋生态与环境科学重点实验室山东青岛266071 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋生态与环境科学功能实验室山东青岛266237 中国科学院大学北京100049 中国科学院海洋大科学中心山东青岛266071

本文简要总结了海洋酸化时间序列研究的主要方法,重点综述了时间序列研究在揭示海洋酸化长期变化方面的重要进展。大气中CO2不断溶解进入海洋,导致海水pH与碳酸钙饱和度(Ω)降低,这一过程即为海洋酸化。海洋酸化时间序列研究主要关注pH... 详细信息

本文简要总结了海洋酸化时间序列研究的主要方法,重点综述了时间序列研究在揭示海洋酸化长期变化方面的重要进展。大气中CO2不断溶解进入海洋,导致海水pH与碳酸钙饱和度(Ω)降低,这一过程即为海洋酸化。海洋酸化时间序列研究主要关注pH与Ω的实时、动态、长期变化。在海洋酸化时间序列研究中,pH一般通过锚泊浮标所搭载的传感器现场获得,而Ω则需借助相关参数间接计算得到。目前全球共有21套正在运行的锚泊浮标,分别布设在大洋、近岸和珊瑚礁等海域,记录了近十几年来全球典型区域海洋酸化的长期变化过程。受上升流、生产力、陆源输入等因素的协同影响,近岸海域的酸化现象极具季节/年际变化,pH和Ω的变化范围较大,分别为7.780~8.723,1.07~9.25。大洋的pH变化范围为7.890~8.238,珊瑚礁的pH变化范围为7.837~8.273,大洋的Ω变化范围为1.93~4.19,珊瑚礁的Ω变化范围为2.06~5.22。海洋酸化时间序列研究表明,受人为活动与气候变化的共同影响,北半球近岸典型海域的Ω在冬季和春季已出现低于生物耐受阈值的现象,将产生十分严重的生态危害,需要尽快采取应对措施。

关键词：海洋酸化时间序列长期变化

黄东海的碳源汇:大气交换、水体溶存与沉积物埋藏

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中国科学：地球科学 2018年第11期48卷 1444-1455页

作者：宋金明曲宝晓李学刚袁华茂李宁段丽琴中国科学院海洋生态与环境科学重点实验室中国科学院海洋研究所青岛266071 青岛海洋科学与技术国家实验室海洋生态与环境科学功能实验室青岛266237 中国科学院大学北京100049

黄海和东海作为中国最为重要的陆架边缘海,其碳源汇的性质与变化对近海生态系统及区域气候演变具有重要影响.文章从海气界面CO_2交换、水体溶解/颗粒碳溶存及沉积物碳埋藏等3个方面归纳总结了黄东海碳源汇特征与控制过程,以期为进一步... 详细信息

黄海和东海作为中国最为重要的陆架边缘海,其碳源汇的性质与变化对近海生态系统及区域气候演变具有重要影响.文章从海气界面CO_2交换、水体溶解/颗粒碳溶存及沉积物碳埋藏等3个方面归纳总结了黄东海碳源汇特征与控制过程,以期为进一步研究陆架边缘海碳源汇过程及效应提供帮助.(1)黄海和东海具有迥异的海气CO_2交换特性.黄海的海气CO_2交换在源汇性质及通量强度上存在较大不确定性,黄海的124°E以西的海域在冬、春季表现为大气CO_2的汇,在夏、秋季表现为源,而大量的研究结果显示在全年尺度上黄海是大气CO_2的源.表层海水温度与浮游生物活动控制着黄海CO_2源汇的变化,两者分别主导了黄海外部海域与近岸海域的海气CO_2交换通量.东海全年则表现为大气CO_2的碳汇,年均通量约为(-4.2±3.2)mmol m^(-2)d^(-1),共可吸收碳约13.7×10~6t,其中冬、春、夏季吸收大气CO_2,秋季释放CO_2.东海不同季节海气界面CO_2通量的年际变化的影响因素复杂多变.(2)黄海和东海水体中分别储有425×10~6t、1364×10~6t的DIC和28.2×10~6t、54.1×10~6t的DOC,从南黄海近年DOC浓度有减小趋势看,其水体溶存"实际碳汇"量在减小.黄东海POC的总量约10.6×10~6t,与海气界面CO_2交换通量基本处于同一量级.黄海浮游生物年固碳量约为60.42×10~6t,东海为153.41×10~6t,其中近海大型经济藻类的年固碳量约为0.36×10~6～0.45×10~6t,生物固碳是具有多重价值的"蓝碳增汇"举措.(3)黄海陆架沉积物中有机碳的埋藏通量每年约为4.75×10~6t,其中海源有机碳的埋藏量为3.03×10~6t,占黄海浮游生物固碳量的5.0%,而东海陆架沉积物中有机碳的埋藏通量为每年7.4×10~6t,其中海源有机碳的埋藏量为5.5×10~6t,占东海浮游生物固碳量的5.4%.黄东海具有高于全球海洋平均水平的沉积物埋藏通量,对黄东海最终的"蓝碳增汇"作用巨大.

关键词：碳源汇海气界面通量水体溶存沉积物埋藏控制过程黄东海

东海2012年夏季海-气界面碳交换及其区域碳汇强度变化趋势初探

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海洋学报 2014年第12期36卷 18-31页

作者：陈鑫宋金明袁华茂李学刚李宁段丽琴曲宝晓中国科学院海洋研究所海洋生态与环境科学重点实验室山东青岛266071 中国科学院大学北京100049

基于2012年7月对东海的调查,剖析了其水体中各形态碳（pCO2、DIC、DOC、POC）的区域分布特征,估算了海-气界面CO2的交换通量（FCO2）,探讨了影响其交换的主要因素,在此基础上,结合历史资料初步分析了近十几年来该海域海-气界面CO2交换... 详细信息

基于2012年7月对东海的调查,剖析了其水体中各形态碳（pCO2、DIC、DOC、POC）的区域分布特征,估算了海-气界面CO2的交换通量（FCO2）,探讨了影响其交换的主要因素,在此基础上,结合历史资料初步分析了近十几年来该海域海-气界面CO2交换通量的变化趋势。结果表明,2012年7月长江口邻近海域相对南部陆架区具有较低的DIC浓度,而DOC与POC的浓度相对较高。调查区域表层水pCO2变化范围为96.28～577.7μatm（1atm为101 325Pa）,平均值为297.6μatm,低值区出现在长江冲淡水区（30°～33°N,123°～125°E）,高值区主要分布在东海陆架的南部区域。表层水pCO2主要受控于长江冲淡水的输入和混合（盐度）、台湾暖流以及生物生产等。调查海域2012年7月海-气FCO2平均为（-6.410±7.486）mmol/（m2·d）,表现东海在夏季是大气CO2的汇区,区域碳汇强度由强到弱依次为：长江冲淡水区（CDW）、黄东海混合水区（YEMW）、陆架咸淡水混合区（SMW）、近岸上升流区（CUW）和台湾暖流区（TWCW）,东海夏季每日吸收大气CO2（以C计）约（18.3±19.8）kt。结合历史资料分析发现,近十几年来东海夏季碳汇强度有增强趋势,CDW区的海-气界面CO2通量平均年增速为-0.814mmol/（m2·d）,即海水吸收大气二氧化碳每年增加约54.6kt,是夏季东海碳汇增加的最主要贡献者。

关键词：海气界面碳通量控制因素碳汇变化趋势东海

长江三峡蓄水后东海陆架海域2011年夏季CO2源汇分布的变化对比研究

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长江三峡蓄水后东海陆架海域2011年夏季CO2源汇分布的变化对比研究

黄海海-气界面CO2通量的季节变化特征及控制因素

中国海洋湖沼学会第十次全国会员代表大会暨学术研讨会

作者：曲宝晓宋金明中国科学院海洋研究所中国科学院大学

东海作为典型的陆架域（Shelf Sea）,其CO2源/汇分布受到多种生物地球化学过程的影响,其中长江冲淡水及浮游生物活动作用最为显著。而位于长江中上游的三峡工程兴建后,不仅可能使得长江入海径流总量减少,同时还可能改变长江冲淡水入海... 详细信息

东海作为典型的陆架域（Shelf Sea）,其CO2源/汇分布受到多种生物地球化学过程的影响,其中长江冲淡水及浮游生物活动作用最为显著。而位于长江中上游的三峡工程兴建后,不仅可能使得长江入海径流总量减少,同时还可能改变长江冲淡水入海的季节分配,以上诸多原因可能会造成东海夏季CO2通量降低。本文根据2011年夏季8月的调查结果,结合三峡蓄水运行前东海海-气界面CO2通量的相关报道,总结对比了蓄水前后CO2源汇的分布特征,变化规律以及控制因素,初步分析了蓄水前后pCO2及海气CO2通量变化的原因,为进一步探讨人类活动影响下东海CO2源汇通量变化提供了有意义的参考。（1）2011年8月调查结果表明,东海大部（26°N～32°N,122.5°E～126°E）表层水体pCO2范围为107～585μatm,pCO2分布呈现显著的区域性。具体表现为西部近岸区pCO2较高,中部陆架区较低,此结果与以往研究较为符合。长江口至杭州湾海域表现为碳源;而东海中部的广大区域（28°N～32°N,123°E～126°E）为东海主要碳汇区,pCO2最低可达107μatm;东海28°N以南及31.5°N以北部分海域为大气CO2的弱汇（341～373μatm）,东海夏季总体表现为大气CO2的汇。（2）从调查海域温度、盐度、pH25℃、pCO2的平面、断面分析可以看出,长江冲淡水对东海CO2源汇分布具有决定作用,在L、PN、P断面尤为显著,而28°N以南的S断面受长江冲淡水影响不明显。L断面存在一个低温中心。（3）对比三峡工程蓄水运行前后东海CO2源汇分布变化可知,三峡蓄水后,长江口及杭州湾外部海域表层海水二氧化碳分压有升高趋势,且该海域碳源强度有所增加,而东海东部碳源强度无明显变化。中部海域碳汇中核心区域有向内陆架区靠近的趋势,碳汇强度有所降低,且pCO2测值变化变大。CO2源汇性质最不确定的区域为陆架上升流海域,该海域可能也正是受长江径流变化影响最为显著的区域。（4）东海夏季CO2源汇格局的变化,主要可能在于长江冲淡水的输入及流向,陆源悬浮物的沉降与分解,营养盐含量、结构的变化,浮游植物同化作用等方面。长江冲淡水影响范围随入海径流量大小而改变,三峡工程运行后,长江入海径流的季节分配模式产生较大变化,由此将对碳汇核心区域产生明显影响。虽然蓄水后东海近岸悬浮体分布格局变化不大,但生活、工业污水污物的排放正成为影响长江口海域CO2源汇分布的新因素。东海营养盐含量及潜在的限制因子在三峡蓄水后有明显变化,由此使得浮游植物初级生产力变化较大,这也是东海CO2源汇分布变化的主要原因之一。

关键词：碳源汇影响因素长江三峡蓄水对比研究东海陆架海域

来源： cnki会议评论

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黄海海-气界面CO2通量的季节变化特征及控制因素

基于广义回归神经网络的全球表层海水1°×1°二氧化碳分压数据推演

中国海洋湖沼学会第十次全国会员代表大会暨学术研讨会

作者：曲宝晓宋金明中国科学院海洋研究所中国科学院大学

海洋作为最大的碳汇（Carbon Sink）,对全球CO2水平及气候变化具有深远的影响。目前人类对海-气界面CO2交换的认识多集中在大洋海域,而受人类活动影响显著的陆架边缘海,其CO2源/汇性质至今尚未取得一致。黄海（the Yellow Sea）作为典... 详细信息

海洋作为最大的碳汇（Carbon Sink）,对全球CO2水平及气候变化具有深远的影响。目前人类对海-气界面CO2交换的认识多集中在大洋海域,而受人类活动影响显著的陆架边缘海,其CO2源/汇性质至今尚未取得一致。黄海（the Yellow Sea）作为典型的陆架边缘海,具有特殊的地形及水动力条件,其海-气间CO2传输受到多重生物地球化学过程的协同影响。本文总结了黄海海-气CO2通量的已有研究,分析了南、北黄海表层海水pCO2的分布状况及CO2源/汇格局,探讨了不同季节控制南、北黄海碳通量的主要因素,对进一步认识陆架边缘海CO2通量提供了理论基础。北黄海海域:北黄海是37°N以北黄海海域的统称,这一海域西连渤海,南接南黄海,是半封闭的渤海与近海和大洋进行物质能量交换的必经之地。根据水团性质及陆源条件,一般可将北黄海划分为辽南沿岸区（辽东半岛以南海域）、鲁北沿岸区（山东半岛以北海域）及北黄海中部海区。鲁北沿岸海域主要受鲁北沿岸区受上升流及渤海水系影响,冬、春、秋三季表层海水pCO2皆较高,为大气CO2的源;辽南沿岸海域在冬、春两季由于生物活动显著表现为CO2的汇,而秋季由于陆源有机物输入转变为较强的源。北黄海中部海域冬季由于黄海暖流的作用pCO2较高,为大气CO2的源,而春、秋两季生物活动及温跃层的存在使得pCO2较低。若北黄海面积以7.1×104km2计,则在冬、春、秋三个季节,北黄海每年可向大气释放的CO2量为248.5×103tC。南黄海海域:南黄海是37°N以南黄海海域的统称,这一海域具有特殊的海底地形及水动力条件,受到黄海冷水团,黄海暖流及长江冲淡水的共同影响。根据水深、盐度特征,可将南黄海划分为近岸、外海两个区域。在近岸区由于水深较浅,水体垂直混合较为强烈,富含CO2的底层水上涌,造成表层海水pCO2较高,近岸区总体表现为大气CO2的源。而在外海区由于受控因素多样,pCO2具有较大的季节变化。总体来说除却春季由于藻华爆发使南黄海外部海区表现为大气CO2的弱汇外,冬季、夏季、秋季分别收受黄海暖流、长江冲淡水、垂直混合作用的影响,表现为大气CO2的源。整个南黄海除春季为碳汇外,冬、夏、秋季皆为CO2的源。其中冬季碳通量最大,其次为秋季＞春季＞夏季。南黄海海-气界面CO2全年平均通量为1.99±***-1,若南黄海面积以0.39×106km2计,则全年可向大气释放CO2通量为9.27×***-1。黄海全年总体表现为大气CO2的源,其中北黄海冬、春、秋三季每年向大气释放CO2量为248.5×103t,南黄海全年向大气释放CO2为9.27×106t,若取北黄海冬、春、秋三个季节平均值为夏季北北黄海碳通量,则整个黄海全年海-气界面CO2通量为9.6×106t。

关键词：二氧化碳通量季节变化影响因素黄海

来源： cnki会议评论

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海洋学报 2020年第10期42卷 70-79页

作者：钟国荣李学刚曲宝晓王彦俊袁华茂宋金明中国科学院海洋研究所海洋生态与环境科学重点实验室山东青岛266071 中国科学院大学北京100049 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋生态与环境科学功能实验室山东青岛266237 中国科学院海洋大科学研究中心山东青岛266071

表层海水二氧化碳分压是评估海洋碳源汇强度的关键参数,但其实测数据较少、时空分布极不均匀,导致二氧化碳交换通量的估算有很大的不确定性,海洋源汇特征就不能确切获取。为了解决这个难题,在收集的表层大洋二氧化碳地图(Surface Ocean ... 详细信息

表层海水二氧化碳分压是评估海洋碳源汇强度的关键参数,但其实测数据较少、时空分布极不均匀,导致二氧化碳交换通量的估算有很大的不确定性,海洋源汇特征就不能确切获取。为了解决这个难题,在收集的表层大洋二氧化碳地图(Surface Ocean CO2 Atlas,SOCAT)实测数据集基础上,运用广义回归神经网络建立二氧化碳分压与经纬度、时间、温度、盐度和叶绿素浓度间的非线性关系,构建了1998−2018年间全球1°×1°经纬度的表层海水二氧化碳分压格点数据,其标准误差为16.93μatm,平均相对误差为2.97%,优于现有研究中的前反馈神经网络、自组织映射神经网络和机器学习算法等方法。根据构建的数据所绘制的全球表层海水二氧化碳分压的分布与现有研究有较好的一致性。

关键词：广义回归神经网络表层海水二氧化碳分压全球大洋格点数据

模拟研究沙海蜇消亡过程中海水pH变化及对海水酸化的影响

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海洋科学 2012年第12期36卷 12-18页

作者：马清霞李宁李学刚袁华茂段丽琴曲宝晓宋金明中国科学院海洋研究所海洋生态与环境科学重点实验室山东青岛266071 中国科学院研究生院北京100049

通过室内模拟实验,研究了不同pH、盐度、温度和氮磷比控制条件下沙海蜇(Nemopilema nomurai)消亡过程中水体pH的变化特征及对海水酸化的影响。结果表明,沙海蜇块体分解会造成pH的显著降低,水体出现明显酸化。随着沙海蜇的分解,本底海水... 详细信息

通过室内模拟实验,研究了不同pH、盐度、温度和氮磷比控制条件下沙海蜇(Nemopilema nomurai)消亡过程中水体pH的变化特征及对海水酸化的影响。结果表明,沙海蜇块体分解会造成pH的显著降低,水体出现明显酸化。随着沙海蜇的分解,本底海水组(本底海水+实验用沙海蜇)水体pH呈现先下降,后缓慢回升直至稳定的趋势,并在第2天形成最小值,且水体pH下降0.5～1.3。沙海蜇块体在不同pH、盐度、氮磷比、温度控制条件下分解时,水体pH变化趋势相似,均表现为先下降,达到最小值后再缓慢回升,但不同控制条件下水体pH出现最小值的时间并不一致,从先到后的顺序是温度组(第3天)、pH和盐度组(第4天)及氮磷比组(第5天),这与沙海蜇块体分解速率顺序一致。沙海蜇分解过程中,这4个实验组水体pH下降0.5～1.8,水体发生明显的酸化,这其中海水盐度、pH的变化及温度的降低所导致的沙海蜇消亡过程中海水酸化程度比较严重;因此,在当今海水富营养化及海水温度升高的情况下,沙海蜇的暴发及其消亡会造成海洋生态系统遭受更严重的破坏。

关键词： pH 沙海蜇(Nemopilema no-murai) 消亡酸化模拟研究