夏季黄渤海海水碳酸盐体系研究

来源 :华东师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cnfjwbx
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陆架边缘海在全球碳循环中起着重要作用。黄海和渤海是我国典型的半封闭陆架浅海,受长江口和黄河口的影响显著。由于近岸水体水动力条件复杂且观测点时空覆盖范围有限,目前对黄渤海海水碳酸盐体系的研究仍较为缺乏。已有的研究成果主要集中在表层水中,对海水碳酸盐体系整体特征的认识并不全面,且大部分研究缺少对该海域碳酸盐体系影响因素尤其是水动力条件和不同水团驱动作用的讨论。鉴于此,本研究通过对该海域进行现场观测,全面分析了夏季黄渤海碳酸盐体系的特征并讨论了其控制机制。本研究分别于2015年8月17日至9月6日和2016年6月28日至7月21日对黄渤海海水碳酸盐体系开展航次调查,采集了碳酸盐体系参数pH、总碱度(AT)和温度(T)、盐度(S)、营养盐(N03、P、Si)、叶绿素(Ch1a)等辅助参数的数据。由于2015年航次仅采集了海水pH样品,本研究中海水碳酸盐体系空间分布特征主要使用2016年航次的数据进行分析。为便于研究其分布特征及影响因素,首先根据海水的温盐性质将研究区域水体分为六个水团,分别是长江冲淡水(CDW)、黄海沿岸流(YSCoW)、黄海表层暖水(YSWW)、黄海冷水团(YSCW)、渤海中部水(BSCW)和渤海沿岸流(BSCoW)。结果表明,海水碳酸盐体系平面分布差异很大,不同水团中碳酸盐体系参数差异显著。表层与底层pH分别在7.915~8.307和7.849~8.074之间,高值位于长江冲淡水和黄海沿岸流中。表层与底层AT分别为2063~2542 μmol kg-1和2205~2372 μmol kg-1,总体表现为由南往北递增。长江冲淡水AT较低,渤海沿岸流AT较高。为进一步探究海水碳酸盐体系的垂向特征,本研究选取调查区域中三个特殊断面进行分析,分别是长江口附近(32°N,122.5~124°E)断面,黄海中部(36°N,121~124°E)断面以及渤海自黄河口外至西北辽东湾的斜断面(37.75°N,119.38°E~39.61°N,120.61°E)。垂向分布图显示各水团的性质差异很大。长江冲淡水主要影响32°N附近的海域,其盐度最低,范围在23.67~31.97之间。黄海中部主要由黄海冷水团和黄海表层暖水控制。黄海冷水团最低温度5.97℃,主要占据黄海底部区域,黄海表层暖水位于冷水团上部表层20m以浅的海域。渤海中部水体性质较为均一,渤海沿岸流主要影响黄河口外鲁北沿岸的部分海域。营养盐特征显示表层水中长江冲淡水和渤海沿岸流的浓度较高,而底层水中黄海冷水团的浓度较高。叶绿素的分布显示沿岸水体叶绿素浓度较高,如长江冲淡水和渤海沿岸流。为分析该海域海水碳酸盐体系的控制因子,本研究使用Pearson相关分析法和多元线性回归法(MLRs)分析了碳酸盐体系参数与环境参数的相关关系,并给出了不同水团AT、pH和盐度的回归公式。结果显示,温度、盐度、硝酸盐、磷酸盐和硅酸盐性质对海水碳酸盐体系有重要影响,但影响程度在不同水团间差异很大。AT与盐度的相关分析结果显示研究区域六个水团中仅有长江冲淡水的AT与盐度显示为显著正相关关系,而渤海的水体(主要是渤海沿岸流)是整个研究区域最主要的AT高值来源。营养盐与海水碳酸盐体系参数的关系较为复杂。在表层,营养盐通过控制浮游植物光合作用强弱影响表层海水pH值大小。而在底层水中,早期藻类爆发生成的有机颗粒在底层微生物的作用下进行再矿化,有机化合物重新转化为无机化合物,消耗水中溶解氧的同时释放大量CO2。该过程.导致底层pH降低,总溶解无机碳(CT)增加,与此同时底部营养盐再生,并在中部低洼聚集。另外,其他因素如降雨、台风、沉积物和人类活动都对海水碳酸盐体系有不同程度的影响。为探讨海水pH的时间变化,本研究对2015年和2016年两个航次的pH数据进行了比较分析。结果显示,2015年8月表层海水pH值在7.868~8.218之间,底层pH在7.787~8.051之间。2016年7月与2015年8月表层水的平均pH值分别为8.046±0.070和8.040±0.073。pH相对高值均位于长江口外海水中。在底层,2016年7月与2015年8月海水pH均值分别为7.977±0.047和7.922±0.062。2015年8月的底层pH值明显低于2016年7月,其中最显著的差异发生在南黄海和渤海。结合前人对该海域进行海水碳酸盐体系观测的结果,认为该海域海水碳酸盐体系的时空变化很大。而这种差异主要受到水动力条件及生物活动强弱的影响,环流体系的改变、上升流强弱变化及水体富营养化程度增强都会改变碳酸盐体系特征。由于大气CO2浓度的持续升高,海洋酸化将成为一个长期且愈发严重的全球性环境问题。未来的海洋酸化趋势将受多个过程共同作用,包括海水CO2吸.收量的增加、海洋流场变化、海陆相互作用、生物活动强弱以及河流径流量变化等。而在黄渤海海域,海洋酸化过程将主要受到河流(如长江、黄河)径流量及营养盐输入量的影响。黄渤海是中国重要的海产养殖区,海洋酸化程度增加会伴随着海水碳酸钙饱和度的降低,直接影响该海域海洋生态系统的健康,威胁海洋生物尤其是钙化生物的生存。
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