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Carbon sinks/sources in the Yellow and East China Seas Air-sea interface exchange, dissolution in seawater, and burial in sediments

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Science China Earth Sciences 2018年第11期61卷 1583-1593页

作者： Jinming SONG baoxiao qu Xuegang LI Huamao YUAN Ning LI Liqin DUAN Key Laboratory of Marine Ecology and Environmental Sciences Institute of Oceanology Chinese Academy of Sciences Qingdao 266071 China Function Laboratory of Marine Ecology and Environmental Sciences Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology Qingdao 266237 China University of Chinese Academy of Sciences Beijing 100049 China Center for Ocean Mega-Science Chinese Academy of Sciences Qingdao 266071 China

The sinks/sources of carbon in the Yellow Sea(YS) and East China Sea(ECS), which are important continental shelf seas in China, could exert a great influence on coastal ecosystem dynamics and the regional climate change process. The CO_2 exchange process across the seawater-air interface, dissolved and particulate carbon in seawater, and carbon burial in sediments were studied to understand the sinks/sources of carbon in the continental shelf seas of China. The YS and the ECS generally have different patterns of seasonal air-sea CO_2 exchange. In the YS, regions west of 124°E can absorb CO_2 from the atmosphere during spring and winter, and release CO_2 to the atmosphere during summer and autumn. The entire YS is considered as a CO_2 source throughout the year with respect to the atmosphere, but there are still uncertainties regarding the exact air-sea CO_2 exchange flux. Surface temperature and phytoplankton production were the key controlling factors of the air-sea CO_2 exchange flux in the offshore region and nearshore region of the YS, respectively. The ECS can absorb CO_2 during spring, summer, and winter and release CO_2 to the atmosphere during autumn. The annual average exchange rate in the ECS was-4.2±3.2 mmol m^(-2) d^(-1) and it served as an obvious sink for atmospheric CO_2 with an air-sea exchange flux of 13.7×10~6 t. The controlling factors of the air-sea CO_2 exchange in the ECS varied significantly seasonally. Storage of dissolved inorganic carbon(DIC) and dissolved organic carbon(DOC) in the YS and the ECS were 425×10~6 t and 1364×10~6 t, and 28.2×10~6 t and 54.1×10~6 t,respectively. Long-term observation showed that the DOC content in the YS had a decreasing trend, indicating that the "practical carbon sink" in the YS was decreasing. The total amount of particulate organic carbon(POC) stored in the YS and ECS was10.6×10~6 t, which was comparable to the air-sea CO_2 flux in these two continental shelf seas. The amounts of carbon sequestered by phyto

关键词： Sink/source of carbon Air-sea CO2 exchange Dissolved inorganic carbon Dissolved organic carbon Particulateorganic carbon Sediment Yellow Sea East China Sea

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Global air-sea CO_(2) exchange fl ux since 1980s: results from CMIP6 Earth System Models

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Journal of Oceanology and Limnology 2022年第4期40卷 1417-1436页

作者： baoxiao qu Jinming SONG Xuegang LI Huamao YUAN Kun ZHANG Suqing XU Key Laboratory of Marine Ecology and Environmental Sciences Institute of OceanologyChinese Academy of SciencesQingdao 266071China Marine Ecology and Environmental Sciences Laboratory Pilot National Laboratory for Marine Science and Technology(Qingdao)Qingdao 266237China University of Chinese Academy of Sciences Beijing 100049China Center for Ocean Mega-Science Chinese Academy of SciencesQingdao 266071China Key Laboratory of Ocean Circulation and Waves Institute of OceanologyChinese Academy of SciencesQingdao 266071China Key Laboratory of Global Change and Marine-Atmospheric Chemistry Third Institute of OceanographyMinistry of Natural ResourcesXiamen 361005China

The ocean could profoundly modulate the ever-increasing atmospheric CO_(2) by air-sea CO_(2) exchange process,which is also able to cause signifi cant changes of physical and biogeochemical properties in *** this study,we assessed the long-term average and spatial-temporal variability of global air-sea CO_(2) exchange fl ux(F CO_(2))since 1980s basing on the results of 18 Coupled Model Intercomparison Project Phase 6(CMIP6)Earth System Models(ESMs).Our fi ndings indicate that the CMIP6 ESMs simulated global CO_(2) sink in recent three decades ranges from 1.80 to 2.24 Pg C/a,which is coincidence with the results of cotemporaneous ***’s more,the CMIP6 ESMs consistently show that the global oceanic CO_(2) sink has gradually intensifi ed since 1980s as well as the *** study confi rms the simulated F CO_(2) could reach agreements with the observations in the aspect of primary climatological characteristics,however,the simulation skills of CIMP6 ESMs in diverse open-sea biomes are *** of the 18 CMIP6 ESMs could reproduce the observed F CO_(2) increasement in the central-eastern tropical Pacifi c and the midlatitude Southern *** ciencies of some CMIP6 ESMs in reproducing the atmospheric pressure systems of the Southern Hemisphere and the El Niño-Southern Oscillation(ENSO)mode of the tropical Pacifi c are probably the major causes.

关键词： air-sea CO_(2)fl ux Coupled Model Intercomparison Project Phase 6(CMIP6) Earth System Model(ESM) long-term average spatial-temporal variability

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Experiments and evidences: jellyfish (Nemopilema nomurai) decomposing and nutrients (nitrogen and phosphorus) released

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Acta Oceanologica Sinica 2015年第8期34卷 1-12页

作者： LI Xuegang SONG Jinming MA Qingxia LI Ning YUAN Huamao DUAN Liqin qu baoxiao Institute of Oceanography Chinese Academy of Sciences University of Chinese Academy of Sciences

The aim of this study was to investigate nitrogen and phosphorus released in the process of the decomposition of giant jellyfish in the laboratory and found the evidence to verify the influence of nutrients released by the decomposition of jellyfish on the ecosystem in the field. The release of nitrogen and phosphorus from the decomposition of Nernopilerna nomurai was examined in a series of experiments under different incubation conditions such as different pH values, salinity values, temperatures and nitrogen and phosphorus concentrations. The results showed that the complete decomposition of Nemopilema nomurai generally took about 4-8 d. The release of nitrogen and phosphorus from the decomposition of Nemopilema nomurai could be divided into two stages： the early stage and the later stage, although the efflux rate of nitrogen was one order more than phosphorus. In the early stage of the decomposition of Nemopilema nomurai, the concentrations of dissolved nitrogen, dissolved phosphorus, total nitrogen and total phosphorus in seawater increased rapidly, and the concentration of nitrogen could reach the highest level in the whole degradation process. In the later stage of the decomposition, the concentrations of dissolved nitrogen and total nitrogen declined slowly, while the concentration of phosphorus in water could reach a maximum in the degradation process. High pH, low salinity, high temperature and N/P will promote the release of nitrogen; low pH is unfavorable to the release of nitrogen but favorable to the release of phosphorus. In addition, we found the concentrations of ammonium and phosphate in the bottom water were higher than those in the surface water during the period of jellyfish bloom in the ]iaozhou Bay, proving that nutrients released by the decomposition of jellyfish have significant influence on nitrogen and phosphorus in the field. For the whole Yellow Sea, nutrients released by jellyfish carcasses may reach up to （2.63±2.98）x10^7 mol/d of diss

关键词： Nemopilema nomurai decomposition nitrogen phosphorus experiments evidences

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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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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

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海洋酸化之时间序列研究进展

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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

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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

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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

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海洋碳汇观测与评估的现状与思考

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海洋科学进展 2023年第4期41卷 577-592页

作者：宋金明曲宝晓李学刚袁华茂段丽琴中国科学院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 中国科学院海洋大科学研究中心山东青岛266071 崂山实验室海洋生态与环境科学功能实验室山东青岛266237

由于海洋在吸收大气CO_(2)方面存在巨大潜力,海洋碳汇成为实现“碳中和”以应对气候变化的重要途径。本文系统梳理了海洋碳汇的观测与模拟手段,全面总结了碳汇研究的技术动态,并对未来海洋碳汇研究的创新方向进行了展望。受益于13C、14... 详细信息

由于海洋在吸收大气CO_(2)方面存在巨大潜力,海洋碳汇成为实现“碳中和”以应对气候变化的重要途径。本文系统梳理了海洋碳汇的观测与模拟手段,全面总结了碳汇研究的技术动态,并对未来海洋碳汇研究的创新方向进行了展望。受益于13C、14C测定技术和箱式模型的创建,碳同位素示踪法率先实现了对海气CO_(2)交换通量的估算,也为后来海气传输模型的发展奠定了基础。通过追踪大气O_(2)含量的组成变化而反演海洋碳汇也是一种重要手段,尤其适合与陆地碳汇进行对比研究,从地球系统角度阐述海洋碳汇的重要地位。p(CO_(2))现场观测是目前应用最广的海洋碳汇研究手段,能够有效揭示全球海洋碳汇的时空格局。在此基础上,通过数值模式解析海气碳循环过程可定量解析海气碳交换的复杂控制因素,而且极大拓展了海气碳交换研究的时空范畴,丰富了多学科多领域的交流与合作,而这也正是未来海洋碳汇研究创新发展的关键。在气候变化的框架下深入探索人为活动对海洋碳汇的影响应是未来海洋碳汇研究的热点方向。

关键词：海洋碳汇观测模拟评估展望

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我国近海生态环境灾害发生的生源要素驱动机制及健康调控

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应用生态学报 2024年第2期35卷 564-576页

作者：邢建伟宋金明袁华茂李学刚段丽琴曲宝晓王启栋马骏王越奇戴佳佳中国科学院海洋研究所中国科学院海洋生态与环境科学重点实验室山东青岛266071 中国科学院大学海洋学院山东青岛266400 中国科学院海洋大科学研究中心山东青岛266400

近几十年来,我国近海生态环境在气候变化和高强度人类活动等多重压力下发生重大变化,以赤潮和绿潮为代表的有害藻华发生次数和规模呈快速增长态势,同时海水低氧和酸化等环境问题也日渐突出,迫切需要探明海洋生态环境灾害的发生机制和防... 详细信息

近几十年来,我国近海生态环境在气候变化和高强度人类活动等多重压力下发生重大变化,以赤潮和绿潮为代表的有害藻华发生次数和规模呈快速增长态势,同时海水低氧和酸化等环境问题也日渐突出,迫切需要探明海洋生态环境灾害的发生机制和防治措施。本文首次阐明“海洋生态环境灾害”概念的内涵,并从营养物质外源输入、海洋有机质矿化分解与营养盐再生、近海水体营养盐结构异常等方面系统阐释了我国近海生态环境灾害发生的生源要素驱动机制,指出日益增强的人类活动引发的陆源营养物质输入剧增以及生源要素入海后的复杂生物地球化学循环过程共同导致近海生态环境灾害的频发。在此基础上,结合本领域最新研究进展,提出了基于海水生源要素管理的近海生态环境健康调控思路。即基于陆海一体化战略,通过技术手段,从陆源减排、海岸带缓冲和近海治理链条式降低陆源污染物特别是无机氮的排放强度,并通过人为调控技术促进近海海水营养盐结构的正常化,从而达到降低和控制近海生态环境灾害发生的目的,改善和提升近海生态环境质量。

关键词：海洋生态环境灾害营养盐调控陆海统筹生态环境健康中国近海

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胶州湾沉积物-海水界面硅的交换速率及其影响因素探讨

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海洋学报 2016年第12期38卷 55-65页

作者：汪雅露袁华茂宋金明李学刚李宁曲宝晓康绪明王启栋邢建伟梁宪萌中国科学院海洋生态与环境重点实验室山东青岛266071 中国科学院大学北京100039 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山东青岛266071

采用实验室培养法在原位温度和溶氧条件下测定了胶州湾沉积物-海水界面硅的交换速率,并探讨了相关环境因子对界面交换速率的影响机制。结果表明,胶州湾沉积物-海水界面硅的交换表现为从沉积物向水体释放,其交换速率在947~4 889μmol/(m^... 详细信息

采用实验室培养法在原位温度和溶氧条件下测定了胶州湾沉积物-海水界面硅的交换速率,并探讨了相关环境因子对界面交换速率的影响机制。结果表明,胶州湾沉积物-海水界面硅的交换表现为从沉积物向水体释放,其交换速率在947~4 889μmol/(m^2·d)范围内,平均速率为1 819μmol/(m^2·d)。表层沉积物中叶绿素a(Chla)和总有机碳(TOC)是影响胶州湾沉积物-海水界面硅交换速率的主要环境因子,同时表层沉积物的含水率(φ)、生源硅(BSi)和粘土含量以及间隙水中溶解硅酸盐(DSi)对沉积物-海水界面硅的交换也有重要影响。由此可推知,胶州湾沉积物-海水界面硅的交换速率主要受生物活动和溶解-扩散双重过程调控,而表层沉积物粒度与底层水体中DSi对胶州湾硅的释放影响较小。

关键词：胶州湾沉积物-海水界面硅交换速率环境影响因子

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