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南大洋大气有机胺分布及来源特征研究

应用海洋学学报 2024年第2期43卷 315-323页

作者：杨航赵淑惠林奇王珊珊史军戴思颖张麋鸣许苏清颜金培自然资源部第三海洋研究所福建厦门361005 自然资源部海洋大气化学与全球变化重点实验室福建厦门361005 泰山学院旅游学院山东泰安271000

依托中国第36次南极科学考察,利用船载走航气溶胶及气体组分在线分析仪对南大洋大气中气态和颗粒态有机胺进行了在线观测。获得了南大洋开阔海域及普里兹湾大气中高分辨气态和颗粒态有机胺的组成及分布,并对其来源特征进行了分析。结果... 详细信息

依托中国第36次南极科学考察,利用船载走航气溶胶及气体组分在线分析仪对南大洋大气中气态和颗粒态有机胺进行了在线观测。获得了南大洋开阔海域及普里兹湾大气中高分辨气态和颗粒态有机胺的组成及分布,并对其来源特征进行了分析。结果表明:南大洋大气有机胺以气态三甲胺(TMA)和二甲胺(DMA)为主要存在形态,其均值分别为(104.0±285.2)、(3.5±6.0)ng/m^(3)。普里兹湾大气中有机胺的平均浓度显著高于南大洋开阔海域,气态TMA和DMA均值分别达到(289.0±396.6)、(5.6±16.1)ng/m^(3)。南大洋大气中气态TMA、DMA和氨气(NH_(3))在不同区域内均具有良好的线性关系,表明三者具有同源性。从来源分析,南大洋大气有机胺主要受到海洋生物活动的影响,但在海冰边缘区及南极近岸海域,企鹅等动物的生物活动会导致大气中有机胺的浓度显著升高。

关键词：海洋化学海洋气溶胶有机胺南大洋

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海洋沉积物碳循环过程数值模型的研究进展

地球科学 2024年第4期49卷 1431-1447页

作者：徐思南吴自军张喜林孙伟香耿威曹红翟滨孙治雷中国地质调查局青岛海洋地质研究所自然资源部天然气水合物重点实验室山东青岛266237 同济大学海洋地质国家重点实验室上海200092 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室山东青岛266237 青岛市城市排水监测站山东青岛266002

海洋沉积物不仅是各种不同来源有机碳的重要埋藏场所,也是一个十分活跃的生物地球化学反应器,在全球海洋碳循环中扮演着重要角色.相对传统的地球化学测试和定性描述方法,数值模型可以突破时间和空间的限制,定量获取海洋沉积物中各个碳... 详细信息

海洋沉积物不仅是各种不同来源有机碳的重要埋藏场所,也是一个十分活跃的生物地球化学反应器,在全球海洋碳循环中扮演着重要角色.相对传统的地球化学测试和定性描述方法,数值模型可以突破时间和空间的限制,定量获取海洋沉积物中各个碳循环过程的反应速率及其通量,因此日益受到学界的重视.海洋沉积物有机质降解是驱动碳循环最为关键的生物地球化学过程,其释放进入周围孔隙水的溶解无机碳一部分可扩散至沉积物上覆水体,另一部分可与钙、镁等离子沉淀形成自生碳酸盐矿物.首先综述目前主要的3类沉积物有机质降解模型(离散性有机质降解模型、连续性有机质降解模型和Power模型)的建模过程及其在全球海洋沉积物有机质降解过程中的应用;接着从有机质降解相关的初级与次级反应出发,介绍沉积物中与有机质降解相关的地球化学过程反应速率模型的刻画方法,并从碳酸盐平衡体系和同位素质量平衡模式角度,探讨了沉积物有机质降解过程对自生碳酸盐形成及其碳同位素的影响;最后分析了当前阶段数学模型在描述有机质降解过程和自生碳酸盐形成中存在的问题和不足,并在此基础上展望未来亟需加强的研究要点,希企为深入理解海洋碳循环与全球气候变化相互反馈,建立可靠的海洋碳循环和生物地球化学预测系统提供有益的科学支撑.

关键词：海洋沉积物碳循环有机质降解自生碳酸盐形成数值模型海洋地质学

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基于激光数据的北极海水二氧化碳分压研究

红外与毫米波学报 2024年第3期43卷 397-405页

作者：张思琪陈鹏张镇华潘德炉南方海洋科学与工程广东省实验室(广州) 广东广州511458 齐鲁工业大学(山东省科学院)海洋仪器仪表研究所山东青岛266061 自然资源部第二海洋研究所卫星海洋环境动力学国家重点实验室浙江杭州310012 东海实验室浙江舟山316021

星载激光雷达作为一种新型的主动遥感技术,为全球海洋昼夜以及极地冬季海水二氧化碳分压的研究提供了可能。研究通过使用云-气溶胶激光雷达与红外探路者卫星(CALIPSO)数据,对全球海表面叶绿素a(Chla)浓度进行了反演,并构建了基于激光数... 详细信息

星载激光雷达作为一种新型的主动遥感技术,为全球海洋昼夜以及极地冬季海水二氧化碳分压的研究提供了可能。研究通过使用云-气溶胶激光雷达与红外探路者卫星(CALIPSO)数据,对全球海表面叶绿素a(Chla)浓度进行了反演,并构建了基于激光数据的前向神经网络模型(FNN-LID),重构了北冰洋海水二氧化碳分压(pCO_(2))昼/夜长时序数据集。在此基础上,对基于主动遥感的极地海水Chla浓度和海水pCO_(2)数据进行了验证与分析。结果显示,基于该算法的反演产品,具有较高的数据质量,不论是和其他被动遥感的产品还是独立浮标观测数据集都有较好的一致性,且能够有效“填充”极地冬季的数据空白。在北冰洋海区,受陆源强烈影响的边缘海都表现为较高的海表Chla浓度。北冰洋海水pCO_(2)的空间格局表现出经向的差异,且pCO_(2)的季节变化十分剧烈,甚至超过80μatm。近20年来,北冰洋稳定地表现为大气二氧化碳的汇,而在东西伯利亚海和喀拉海等海冰显著衰退的地区,海面pCO_(2)的增长率非常显著。

关键词：星载激光雷达反演北冰洋海水二氧化碳分压极夜长时序研究

北半球高强度-长持续时间型极端热浪事件1980年以来频率快速增加的机制分析

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中国科学：地球科学 2024年第7期54卷 2133-2151页

作者：王雨晴周文王春在复旦大学大气与海洋科学系大气科学研究院极地海冰气系统与天气气候教育部重点实验室上海200438 中国极地中心-复旦大学冰雪与气候变化研究所上海201209 中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室广州510301 中国科学院南海海洋研究所全球海洋和气候研究中心广州510301

1980年以来,北半球中高纬度地区夏季热浪事件的强度和持续时间同时显著增加,导致该地区成为高强度-长持续时间型极端热浪事件频率显著增加的关键区域.通过天气尺度分析发现,在西欧和北美洲中高纬度地区,较强和持续时间较长的大气高压系... 详细信息

1980年以来,北半球中高纬度地区夏季热浪事件的强度和持续时间同时显著增加,导致该地区成为高强度-长持续时间型极端热浪事件频率显著增加的关键区域.通过天气尺度分析发现,在西欧和北美洲中高纬度地区,较强和持续时间较长的大气高压系统以及事件发生前较低的背景土壤湿度是这类极端热浪事件发生的主要驱动因素.而在东欧和西伯利亚地区,除上述因素外,事件发生前较低的背景云量也是这类极端热浪事件发生的重要驱动因素.这些动力和热力要素之间相互耦合协同作用,可通过影响事件期间地表的辐射过程,同时影响热浪事件的强度和持续时间.通过自组织神经网络(SOM)方法,本研究发现6种天气模态强度的增强、持续时间的增长和出现频率的增加是导致1980年以来北半球中高纬度高强度-长持续时间型极端热浪事件频率增加的主要动力原因.另外,中高纬度大部分区域夏季平均土壤湿度的降低,以及东欧和西伯利亚地区夏季平均云量的减少是导致1980年以来北半球中高纬度该类极端热浪事件增多的主要热力原因.

关键词：高强度长持续时间极端热浪高压系统土壤湿度云量

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全球变暖下南大洋吸热的季节变化特征

中国海洋大学学报（自然科学版） 2024年第3期54卷 9-19页

作者：罗菁郑小童中国海洋大学物理海洋教育部重点实验室海洋与大气学院山东青岛266100 青岛海洋科学与技术试点国家实验室山东青岛266237

本文基于第六次耦合模式比较计划的未来高排放情景试验模拟结果,研究全球变暖背景下未来南大洋吸热的季节变化。发现在未来变暖气候下南大洋占全球海洋累积吸热的近一半。未来南大洋海洋吸热有明显季节变化:南半球春、秋季吸热峰值大致... 详细信息

本文基于第六次耦合模式比较计划的未来高排放情景试验模拟结果,研究全球变暖背景下未来南大洋吸热的季节变化。发现在未来变暖气候下南大洋占全球海洋累积吸热的近一半。未来南大洋海洋吸热有明显季节变化:南半球春、秋季吸热峰值大致位于63°S,夏季70°S附近吸热最小,冬季58°S附近吸热全年最大。秋、冬季海洋吸热的空间结构由湍流热通量主导;春、夏季高纬度海洋吸热主要受辐射通量影响。进一步研究发现,南大洋60°S以南海区净热通量变化趋势与海冰变化有关。春、夏季海冰消融通过海冰-反照率反馈机制产生较大的海洋吸热,而秋、冬季海冰消融加强了海洋向大气放热,造成海洋吸热减少,年平均下二者显著抵消。在南大洋30°S—60°S海区,海洋吸热主要受湍流热通量变化影响,夏、秋季吸热较少,冬、春季吸热较大,这与气候态混合层深度的季节变化有显著关系。此外,本文研究还发现,南大洋上层海洋热量的经向输送对全球变暖的响应也存在显著的季节变化,冬、春季经向热输送的增强范围相较于夏、秋季向赤道和向下延伸,与气候态混合层深度和西风增强的季节变化有关。

关键词：南大洋海洋吸热海气相互作用全球变暖季节变化

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海底热液烟囱体中微生物多样性的研究进展

海洋地质与第四纪地质 2024年

作者：骈泽宇宿蕾张燕王鹏李江涛同济大学海洋地质国家重点实验室

海底热液喷口是地球内部与海洋之间重要的物质和能量交换通道，其地质背景决定了喷出流体的化学成分。热液烟囱体是海底热液喷口的典型结构与生态单元，栖息着类型多样且生理功能各异的微生物类群。这些微生物能够利用高温热液与低温海... 详细信息

海底热液喷口是地球内部与海洋之间重要的物质和能量交换通道，其地质背景决定了喷出流体的化学成分。热液烟囱体是海底热液喷口的典型结构与生态单元，栖息着类型多样且生理功能各异的微生物类群。这些微生物能够利用高温热液与低温海水之间的化学不平衡或通过各种硫化物矿物风化蚀变获取维持自身代谢所必须的能量，并沿着陡峭的温度、pH、Eh和还原化合物浓度的环境梯度，选择性地分布在烟囱体的各种生态位中。基于高通量测序和组学分析发现，烟囱体中微生物生命过程中涉及到的营养代谢类型包含硫氧化、硫还原、甲烷氧化、产甲烷、氢营养、铁氧化、硝化及反硝化在内等多种代谢方式，暗示了它们在全球元素循环中的潜在作用。本文系统地总结了在全球范围内热液烟囱体中栖息的微生物群系及其分布特征与变化规律，有利于全面、系统地认识和理解热液微生物的生存策略及其对环境的响应机制以及热液微生物参与的地球化学循环。

关键词：海底热液系统热液喷口热液烟囱体海底黑烟囱微生物多样性嗜热微生物

珠江口及邻近海域表层沉积物有机碳和黑碳的来源及空间分布特征

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地球化学 2024年

作者：黄志文程健森黄超胡建芳中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室中国科学院大学广东海洋大学海洋与气象学院广东省沿海海洋变化与灾害预警实验室

珠江口是世界大型河口之一，位于近百年来人类活动剧烈区域。研究陆源有机碳对理解气候变化和人类活动影响下的河口碳循环具有重要的科学和现实意义。黑碳是有机碳的重要组成部分，目前对珠江口黑碳来源和运输途径了解较少，不利于... 详细信息

珠江口是世界大型河口之一，位于近百年来人类活动剧烈区域。研究陆源有机碳对理解气候变化和人类活动影响下的河口碳循环具有重要的科学和现实意义。黑碳是有机碳的重要组成部分，目前对珠江口黑碳来源和运输途径了解较少，不利于探讨人类活动对该区域地球化学环境的影响。本研究对珠江口及邻近海域表层沉积物有机碳和黑碳进行研究，分析了沉积物粒度、总有机碳（TOC）及其稳定碳同位素(δ13CTOC)、总氮（TN）、黑碳（BC）及其稳定碳同位素(δ13CBC)组成。结果显示: ①沉积物TOC含量为0.24%～1.21%， TN为0.05%～0.18%， δ13CTOC为-26.0‰～-20.7‰; ②BC含量为0.52～2.97 mg/g， δ13CBC为-25.8‰～-22.5‰。源解析和相关性分析表明，向外海方向， TOC含量和陆源有机碳含量减少，而海源有机碳含量增大，陆源输入和河口环境共同制约了沉积有机碳的组成特征和空间分布。沉积物粒度和δ13CBC表明，河流输入和大气沉降是BC入海的主要途径。对不同来源BC的相对贡献比例的定量计算显示，沉积物BC主要来自化石燃料，表明人类活动显著影响了珠江口海域BC的沉积埋藏。

关键词：沉积有机质黑碳陆源输入珠江口

大洋中溶解态镉与磷酸盐的相关关系及关键控制过程

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地球科学进展 2024年第2期39卷 207-219页

作者：张瀚杨一超任景玲中国海洋大学海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室山东青岛266100

大洋中溶解态镉(Cd)与磷酸盐(PO_(4))存在相关关系,常被用来反演古海洋生产力的变化。基于国际海洋研究计划“痕量元素及同位素的海洋生物地球化学研究”(GEOTRACES)2023年公布的数据集产品IDP2021v2以及近40年发表的相关文献,综述了大... 详细信息

大洋中溶解态镉(Cd)与磷酸盐(PO_(4))存在相关关系,常被用来反演古海洋生产力的变化。基于国际海洋研究计划“痕量元素及同位素的海洋生物地球化学研究”(GEOTRACES)2023年公布的数据集产品IDP2021v2以及近40年发表的相关文献,综述了大洋Cd-PO_(4)线性相关关系的提出、不同海盆Cd-PO_(4)关系汇总以及影响其相关性因素的最新研究进展。大洋Cd-PO_(4)线性相关关系受多种因素影响,总体呈现双线性相关的特征。不同水深影响其相关关系的关键海洋生物地球化学过程不同:上层水(1500 m)则主要为水团混合。其中,起源于南大洋的南极中层水与南极深层水向北的运移对全球大洋中深层水的Cd-PO_(4)值的分布具有重要意义。

关键词：镉磷比生物地球化学过程水团混合 GEOTRACES

北极海冰快速减退前后的北冰洋上层海洋热含量变化

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中国海洋大学学报（自然科学版） 2024年第8期54卷 14-22页

作者：郭成刚史久新牟龙江钟文理中国海洋大学海洋与大气学院山东青岛266100 中国海洋大学物理海洋教育部重点实验室山东青岛266100 崂山实验室山东青岛266237

北极海冰自1997年进入快速减退阶段,对北冰洋造成显著影响。本文利用数值模式结果,分析北冰洋1990—2014年期间的上层海洋(0~150 m)热含量长期变化趋势。研究发现,陆架区只有楚科奇海西部和巴伦支海的热含量有显著增加趋势,其他海域的... 详细信息

北极海冰自1997年进入快速减退阶段,对北冰洋造成显著影响。本文利用数值模式结果,分析北冰洋1990—2014年期间的上层海洋(0~150 m)热含量长期变化趋势。研究发现,陆架区只有楚科奇海西部和巴伦支海的热含量有显著增加趋势,其他海域的变化较小。加拿大海盆上层热含量总体呈现上升状态,对北冰洋海盆区上层热含量增加趋势做出主要贡献,且主要取决于夏季太平洋水的热含量变化。随着海冰的减少,夏季太平洋水持续升温,但是其热含量并不是一直处于增加的状态。与北极海冰的快速减退相对应,夏季太平洋水热含量在1997年前后具有两段不同的长期变化特征:1990—1997年为减少趋势,主要归因于其体积减小,与这段时期北极涛动指数减小导致的波弗特流涡向下泵压上层太平洋入流水能力减弱有关;1998—2014年为快速增长趋势,其变化速率是前一段时期的2倍多,该时期的北极涛动指数虽然没有明显变化趋势,但是海冰的加速减少造成大气对海洋的直接强迫增加,波弗特流涡向下泵压的能力变强,使夏季太平洋水体积增大,在海水升温的共同作用下,促成了夏季太平洋水热含量的快速增加。

关键词：热含量夏季太平洋水海冰加拿大海盆北冰洋