【摘 要】
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甲烷(CH4)是仅次于二氧化碳的第二大温室气体,能直接或者间接影响全球气候。海洋是大气中CH4的源,其中近海占全球海洋CH4排放量的75%。渤海属于西太平洋的陆架边缘海,目前渤海的CH4研究主要集中在CH4的时空分布和海气通量及其影响机制等方面,季节性水体层化对CH4动力学过程的影响尚不清晰。针对该问题,本文以渤海中部为研究海域,基于对三个航次(2018年8月和2019年7-8月两个夏季航次和20
【基金项目】
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国家自然科学基金委重大研究计划“微生物对近海典型海域碳源汇的调节机制及其环境效应”(91751207); 国家自然科学基金委面上项目(42076032); 山东大学基本科研业务费专项资金资助(2017TB004);
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甲烷(CH4)是仅次于二氧化碳的第二大温室气体,能直接或者间接影响全球气候。海洋是大气中CH4的源,其中近海占全球海洋CH4排放量的75%。渤海属于西太平洋的陆架边缘海,目前渤海的CH4研究主要集中在CH4的时空分布和海气通量及其影响机制等方面,季节性水体层化对CH4动力学过程的影响尚不清晰。针对该问题,本文以渤海中部为研究海域,基于对三个航次(2018年8月和2019年7-8月两个夏季航次和2019年12月冬季航次)数据的再分析,并结合文献报导数据,对渤海中部CH4的收支进行了计算量化,并依据稳态箱式模型,进一步探讨了该海域季节性分层对溶解CH4动力学过程的影响。本文的研究结果如下:夏季温跃层将渤海中部水体分为两层,底层CH4浓度高于表层。而冬季水体混合均匀,CH4浓度垂直方向基本一致。稳态箱式模型在夏季为双层,冬季为单层。模型结果表明,夏季表层水体CH4表现为净产生(这意味着光化学产生量与生物生成量之和大于生物消耗总量),河流输入和跨温跃层的垂直扩散对表层海水中CH4的贡献合计占比仅为2.5-10.0%。但在底层水体中,CH4表现为净消耗(CH4生物消耗总量大于生物生成总量),夏季底层水体CH4的净消耗速率为2.6-14.5 μmol m-2d-1。冬季水体CH4表现为净产生(即光化学产量加生物生成总量大于生物消耗总量),河流输入对海水中CH4的贡献仅为0.1%。水体层化对渤海中部海域溶解CH4的动力学过程起到直接的调控作用。夏季稳定的水体层化使得溶解CH4呈现与冬季完全不同的迁移转化过程,夏季水体层化阻碍了底层的CH4向表层输送,沉积物释放的CH4有99.7-99.9%蓄积在底层水体中,只有约0.1-0.3%穿过温跃层扩散到表层水体。这导致溶解CH4在跃层之下海水中的周转时间长达29.1-59.2天,呈现为净消耗;在跃层之上的表层海水中表现为净产生,对海气交换的贡献为90.0-97.5%,周转时间仅为7.9-24.3天。冬季水体层化消失,溶解态CH4在水体中表现为净产生,周转时间为33.2天,长于在夏季表层水体中的周转时间,但是短于在夏季底层水体中的周转时间。
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