碳输运通量
  • 侧向输运通量
  • 垂直输出通量        



1、侧向输运通量

        研究表明边缘海50%碳通过陆架泵输送到深海,准确估算边缘海向大洋的侧向碳输运通量及变率对于边缘海固碳能力及生态环境变化研究有重要意义。当前估算边缘海物质水平输运通量主要有两种方法。最常用的是箱式模型,即把研究海域当作一个黑箱子,利用盐分平衡等条件估算出进出水团的水量比例,再根据每个水团的物质浓度来推算物质在各界面的交换通量。该方法通常给定一段时间内(通常是年尺度)每个水团的平均物质浓度,然后乘以对应的水通量估算物质交换通量,但物质浓度和水通量在界面上都存在显著的时空差异,导致估算结果的不确定性较大。第二种方法是利用数值模式模拟,但由于海洋生态模型较为复杂,生物过程的量化十分困难,也较难准确模拟复杂边缘海的DOC浓度及通量。

        基于卫星遥感数据可以估算上层海洋有机碳储量,也就是获取POC和DOC浓度的三维分布信息(Liu et al., 2014),结合水动力数值模拟提供三维流场数据,可以实现边缘海任何界面的有机碳侧向输运通量估算。Cui et al. (2018)创新提出了一种将卫星遥感和数值模拟结合的边缘海DOC水平输运通量估算模型,利用Liu et al. (2014)获取的东海DOC三维遥感信息及ROMS数值模拟的三维流场信息,首次估算了东海DOC水平输运通量及其时空变化。


部分代表性文章:

Cui, Q., X. He, Q. Liu, Y. Bai, C. T. A. Chen, X. Chen and D. Pan. Estimation of lateral DOC transport in marginal sea based on remote sensing and numerical simulation. Journal of Geophysical Research: Oceans, 2018, doi: 10.1029/2018JC014079.


2、垂直输出通量

        颗粒有机碳沉降输出是海洋生物泵固碳最重要的方式之一,即真光层浮游植物光合作用将有无机碳转化为有机碳,并向下输出POC至深海,在较长时间内脱离大气CO2循环的一系列过程。

        1)、通常利用POC垂向输出通量与真光层内浮游植物初级生产力(NPP)的比值表征海洋生物泵的固碳效率。由于POC的产生(浮游植物光合作用、初级生产过程)和最终向下沉降输出存在时间延迟(聚集物形成、食物网传递等过程),传统现场调查很难完整的观测到这一输出过程,而连续观测的遥感方法可以较好处理这个问题。Li et al. (2018a)分析了234Th测量的POC输出通量数据及其采样时间之前16天平均的遥感NPP数据,发现南海北部陆架区域(50-200m水深)POC输出效率与NPP呈正相关,与硅藻有关的生物过程占主导作用;而海盆区(水深大于200m),受DOC输出、浮游动物摄食和NPP与POC输出的时间延迟过程调控,POC输出效率与NPP呈显著的负相关关系。

        2)、除了基于统计的经验模型以外,Siegel et al. (2014) 发展了基于食物网模型的POC输出通量遥感估算方法。该模型认为真光层POC输出通量由两部分组成:大粒径浮游植物及其聚合物的直接下沉输出,以及浮游动物摄食引起的代谢产物(粪便等)输出。Li et al. (2018b)基于Siegel et al. (2014)食物网模型的框架,建立了南海北部海区真光层POC输出通量的估算方法。由于食物网模型涉及较多的重要输入参数,例如初级生产力、浮游植物粒径结构、浮游植物含碳量,食物网物质传递效率参数(大粒径藻类及其聚合物的下沉、浮游动物摄食下沉效率)等,POC输出通量遥感还需要进一步完善。但相对于实测方法,遥感估算在提高时空分辨率和减少区域估算不确定性方面具有极大的潜力。


部分代表性文章:

1. Li, T., Bai, Y., He, X., Chen, X., Chen, C.-T., Tao, B., et al. (2018). The Relationship between POC Export Efficiency and Primary Production: Opposite on the Shelf and Basin of the Northern South China Sea. Sustainability, 10(10), 3634.

2. Li, T., Bai, Y., He, X., Xie, Y., Chen, X., Gong, F., & Pan, D. (2018). Satellite‐based estimation of particulate organic carbon export in the northern South China Sea. Journal of Geophysical Research: Oceans. https://doi.org/10.1029/2018JC014201.