基于1960-2019年综合数据集的全球海洋溶解氧分析

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海洋里的大多数生物需要依赖氧气进行呼吸作用,这其中包括了海洋里的高等植物和浮游植物,它们通过光合作用产生氧气的同时也通过呼吸作用消耗氧气。海洋里的缺氧会导致很多生物的生存受到威胁,引发死亡事件;海洋生物也会被缺氧情况间接影响,比如发生行为、繁殖、生长上的一些变化。根据现有的研究,人们发现在很多海区都普遍存在着溶解氧减少的情况,有研究表明全球溶解氧下降了2%左右。海洋中的溶解氧对整个海洋生态系统具有重要意义,是维持海洋生态系统稳态的关键环境因子。人们近些年才开始重视海洋溶解氧的影响,相关研究和观测仍显不足,覆盖更多时间空间的观测数据以及分析亟待整理和探索。现有的溶解氧分析大多是基于局部一小片区域数据或者是特定深度范围,少有对全球溶解氧所有深度进行整合分析的。本文整合了7个现有的溶解氧数据集:南大洋数据集、全球海洋数据分析项目第2版(Global Ocean Data Analysis Project version 2,GLODAP v2)数据集、HydroBase 3数据集、世界海洋数据库2018(World Ocean Database 2018,WOD 18)数据集、OceanSITES数据集、气候变化预测和碳水文数据局(CLIVAR Carbon and Hydrographic Data Office,CCHDO)数据集和全球海洋实时观测网(Array for Real-time Geostrophic Oceanography,Argo)数据集,得到数据时空覆盖范围更为全面的新的溶解氧数据集。主要研究内容和结论如下:(1)在整合分析了7个数据集以后发现,WOD 18数据集的数据最为全面完整,并且该数据集一直处于不断更新状态,得到很好的维护和支持,便于形成长期的数据体系。Argo数据虽然起步比较晚,在2000年以后才开始有观测数据,但从未来发展看具有很大优势。合并后数据集北半球的观测数据量略多于南半球数据量,全面涵盖了从1960年到2019年过去近60年的溶解氧数据,尤其是扩展更新了近10年的全球溶解氧数据,这对后期的研究分析具有重要意义,为深入研究奠定了基础。(2)本文用固定秩平滑的方法将观测值插值到全球海洋,并用分位数回归方法分别研究了全球海洋中上层(0-1000 m)溶解氧极小值、中位数和极大值的时空尺度变化。研究发现,全球中上层海洋溶解氧浓度随纬度升高而增加,主要的低氧区分布在赤道太平洋的东部、北太平洋的东南部、南太平洋的东北部、墨西哥湾地区、赤道大西洋的中东部以及赤道印度洋地区。在1960-2009年期间,溶解氧普遍呈现下降趋势,北冰洋地区下降最快,但是南美洲西海岸附近海域溶解氧呈增加趋势,可能是受秘鲁上升流强度变化的影响。(3)在新数据集的基础上,研究了众多垂直方向上的剖面情况,得到最为典型也最为普遍的剖面形态:表面溶解氧浓度在200 μmol/kg以上,随后溶解氧浓度逐渐下降到最小值,通常溶解氧最小区域形成于海面下100-1500 m左右,之后溶解氧浓度又逐步上升,在1000 m以后处于稳定状态。总结出的剖面主要形态有助于后续研究溶解氧垂直方向上的状态和变化。本文的主要创新点在于在近10年的溶解氧观测数量增多、数据质量提高的背景下,整合了众多数据集的数据,增加了新的数据源,尤其是扩展更新了近10年的全球溶解氧数据,这对后期的研究分析具有重要意义。本文在此更新后的数据集基础上分析了全球海洋0-1000 m的溶解氧变化情况,并且总结了垂直方向上剖面的主要形态,这在之前的研究中都是没有探讨过的。尤其是总结出的剖面主要形态,有助于了解海洋溶解氧在垂直方向上的具体变化形态。
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