海气耦合气候模式对大气中水汽输送、辐散辐合与海气间水通量交换的模拟

基于ECMWF再分析结果对LASG第三代全球海洋- 大气- 陆地耦合系统模式 （GOALS）的两个版本和第四代耦合气候模式初始版（FGCM—0） 所模拟的大气水汽输送 与辐散辐合特征、海气间水通量交换，进行了评估分析。结果表明：（1）对垂直积分的水汽 通量场的流函数及其对应的无辐散水汽通量矢量的模拟，三个耦合模式都能够较为合理地再 现副热带大洋的涡旋结构、中纬度西风带的东向水汽输送。赤道东风带的西向水汽输送和东 亚夏季风水汽输送等行星尺度特征及其季节变化，只是GOALS的涡旋位置。FGCM—0的 涡旋中心强度，较之实际略有偏差。（2） 反映在垂直积分的水汽通量场的势函数和对应的无 旋水汽矢量上，对南北半球副热带大洋水汽辐散区、热带辐合带（ITCZ）、东亚夏季风区强 烈的水汽辐合特征等的模拟，FGCM—0的结果相对合理。GOALS的热带辐合中心过于集 中在印度尼西亚群岛附近，东亚夏季风水汽辐合中心偏南。（3）关于海气水通量交换， FGCM—0较为理想地再现了副热带的净蒸发、ITCZ和中高纬度的净降水特征以及夏季 ITCZ的季节性北移，但对南太平洋辐合带（SPCZ）、副热带南大西洋的净蒸发特点，以及 阿拉伯海和孟加拉湾季节变化的差异，模拟结果不理想。FGCM—0在模拟SPCZ上的偏 差。

胶州湾及周边海域大气和海水中N_2O和CH_4的分布及海气交换通量

分别于2006年8月,12月和2007年4月,10月采集胶州湾及周边海域大气和海水样品,对氧化亚氮(N2O)和甲烷(CH4)浓度进行了测定,并设置1个连续站进行24 h连续观测。结果表明:大气中N2O春、夏、秋、冬的平均浓度(体积分数)分别为(3.17±0.03)×10-7,(3.24±0.15)×10-7,(3.19±0.02)×10-7和(3.08±0.25)×10-7;大气中CH4春、夏、秋、冬的平均浓度(体积分数)分别为(1.89±0.04)×10-6,(1.79±0.04)×10-6,(2.09±0.21)×10-6和(2.01±0.09)×10-6。胶州湾表、底层海水中N2O和CH4的浓度和饱和度表现出明显的季节变化,其中N2O浓度和饱和度冬季最高,春、秋季次之,夏季最低;CH4浓度和饱和度夏季最高,冬季最低。利用Liss and Merlivat(1986)公式和Wanninkhof(1992)公式估算出胶州湾海域N2O的年平均海-气交换通量分别为(11.16±14.15)和(22.42±27.56)μmol m-2.d-1;CH4分别为(7.75±6.19)和(17.76±14.84)μmol m-2.d-1。胶州湾大部分海域表层海水中N2O和CH4呈过饱和状态,是大气中N2O和CH4的净源。

胶州湾水体中氧化亚氮的分布和海气交换通量研究

分别于2003年5,8,12月采集胶州湾水样,对N2O浓度进行了测定。并对大沽河、墨水河、李村河、娄山河等河流,以及海泊河和团岛污水处理厂排放污水中N2O浓度进行了采样分析。结果表明,受河流输入、污水处理厂污水输入及水体交换等因素的影响,胶州湾表、底层海水中N2O分布表现出明显的空间和季节变化,N2O浓度由东、西沿岸向湾中心呈逐渐降低的趋势,冬季最高、夏季次之、春季最低。胶州湾大部分海域表层海水中N2O呈过饱和状态,是大气中N2O的净源。

一种船载走航式海气甲烷交换通量测量系统设计与应用研究

海气界面交换是实现海洋和大气相互作用的重要途径,其通量代表海洋与大气之间的能量交换幅度。研究海气交换通量变化特征对监测海气界面碳循环过程、碳收支通量和全球气候变化具有重要意义。针对传统通量测量方法存在观测方式结合不足、样品转移损耗大、无法实时测量导致计算结果偏差较大等问题,并结合实际工作需求,本文设计了水气甲烷交换通量自动测量系统。该系统主要由采集模块、控制模块及辅助模块构成,在硬件层面上实现了船载海表大气及表层海水甲烷同步走航测量。基于C#、JavaScript语言对流式数据实时存储及通量计算过程进行了可视化编程,该系统实现了交换通量结果计算自动化,解决了海水—大气界面甲烷含量及交换通量的快速实时测量等核心问题。通过对海气通量自动测量系统海试,验证了该系统设计的可行性,为后续研究多尺度海气相互作用及全球气候变化提供了新的技术手段。

船基系统海气通量测量方法研究

海气通量交换是海洋学和气象学许多领域共同研究的内容 ,是气候形成和变化的重要机制之一。文章通过比较测量海气通量的几种方法 ,提出了在船基仪器上使用直接协方差法测量海气通量的方法 。

利用不同资料估算的全球海气间淡水交换量之比较

利用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)和美国国家环境预测中心(NCEP)提供的再分析资料,根据物理守恒方程,估算了全球大洋上的海气淡水通量交换量,定性比较表明,基于两套资料的估算结果所揭示的全球大洋淡水通量的年均分布型和季节循环特征非常相似。但是,定量比较则发现,在特定海域特别是中、低纬度,两套资料的结果相差较大,极大值甚至超过100cm/a,文中的一个重要发现是在北大西洋高纬海域存在一条净蒸发带,它主要源自冬季的瞬变扰动。

渤海和北黄海溶解N_(2)O浓度与通量的时空分布及其影响因素

本文于2021年4、7和10月对渤海和北黄海海域进行调查与样品采集,测定其溶解N_(2)O浓度,并估算了其海气交换通量,分析了其分布及影响因素。结果表明:2021年4、7、10月渤海溶解N_(2)O平均浓度分别为(12.6±0.5)、(9.1±1.0)和(8.9±0.5)nmol/L,北黄海为(12.5±0.6)、(11.5±1.7)和(9.3±0.8)nmol/L,溶解N_(2)O浓度存在明显季节变化,表现为春季高于夏、秋季。N_(2)O浓度高值主要集中在渤海西部和渤海海峡附近。春季和秋季水体垂直混合均匀,底层N_(2)O略高于表层。夏季水体层化导致N_(2)O浓度自表层向底层逐渐升高。温度及陆源输入是影响渤海和北黄海N_(2)O浓度及通量分布的重要因素。2021年黄河向渤海输入N_(2)O总量约为8.07×10^(5)mol。三个航次渤海、北黄海表层N_(2)O总体呈现过饱和状态,夏季饱和度和通量高于春、秋季,4、7、10月渤海N_(2)O海气交换通量分别为(0.6±1.1)、(2.3±2.1)和(0.3±1.8)μmol·m^(-2)·d^(-1),北黄海为(0.3±0.5)、(0.9±1.2)和(0.1±0.2)μmol·m^(-2)·d^(-1)。结合文献报道结果,估算出渤海N_(2)O年释放量为6.5×10^(-4)Tg,占全球海洋N_(2)O年释放量的0.010%,低于渤海在全球海洋面积的占比(0.021%),这对准确评估近海对大气N_(2)O的区域性贡献具有重要意义。

一种船载海面通量观测的校正方法

设计了一种用滤波法校正船载超声测风测温仪数据、计算海一气通量交换 的方法。对１９８８，１９８９两年西太平洋海域考察期间超声测风测温仪的实测资料作了 订正，订正了船体运动、特别是摇摆运动对风速的影响，用涡旋相关法计算了海面 边界层的感热通量、动量通量、阻力系数和稳定度值。分析了海面上通量、阻力系数 随大气状况的变化规律。计算结果表明，海面上的通量、阻力系数与水平风速和稳 定度之间存在着合理的有规律的关系，证明这种方法对处理船载超声资料是可用 的。

夏季渤海溶解甲烷的分布与通量研究

于2008-08-26—09-11对渤海海域进行了调查,采集了28个站位表、底层和部分站位中层海水样品,对溶解甲烷(CH4)浓度进行了测定。结果表明:夏季渤海各个站位表、底层海水中CH4的浓度和饱和度变化幅度较大,其中在秦皇岛沿岸海域出现高值,体现了人为活动的影响。表层海水中CH4的浓度和饱和度均低于底层的。估算出夏季渤海溶解CH4的海-气交换通量为(3.1±1.6)^(8.1±4.2)μmol/(m2.d)。渤海海域表、底层海水中CH4呈过饱和状态,是大气中CH4的净源。

夏季渤海溶解氧化亚氮的分布与通量

于2008年8~9月对渤海海域进行了调查,采集了28个站位的表、底层海水样品及部分站位的中层水样,对溶解氧化亚氮(N2O)浓度及海气交换通量进行了研究。结果表明:夏季渤海表层海水溶解N2O浓度范围为7.14~8.32 nmol/L,平均浓度为(7.56 ±0.33) nmol/L。底层浓度范围为7.22~10.98 nmol/L,平均浓度为(8.14 ±0.89) nmol/L。其水平分布有较大空间变化,受到陆源输入、沉积物释放和水温的影响。表层海水中N2O的浓度和饱和度均低于底层。利用LM86和W92模型初步估算出夏季渤海溶解N2O的海–气交换通量分别为(0.7 ±0.2)和(1.9 ±0.7) μmol?m?2?d?1。渤海海域表、底层海水中N2O呈过饱和状态,是大气中N2O的净源。

春季东、黄海溶解甲烷的分布和海气交换通量

于2011年3月17日～4月6日对东、黄海海域进行了大面调查,采集了45个站位不同深度的海水样品,对溶解甲烷(CH4)浓度进行了测定,并估算了其海-气交换通量.结果表明,东、黄海表层海水中溶解甲烷的浓度变化范围是2.39～29.67nmol.L-1,底层海水中甲烷浓度范围是2.63～30.63 nmol.L-1,底层浓度略高于表层,表明底层水体或沉积物中存在甲烷的源.春季东、黄海海域表、底层溶解甲烷的分布特征基本一致,即从近岸向远海逐渐降低,主要受长江冲淡水输入和黑潮水入侵的影响.春季东、黄海海域表层海水中CH4饱和度为93%～1 038%.利用Liss and Merlivat公式(LM86)、Wanninkhof公式(W92)和现场测定的风速估算出春季东、黄海海域CH4的海-气交换通量分别为(2.85±5.11)μmol.(m2.d)-1和(5.18±9.99)μmol.(m2.d)-1,根据本研究结果和文献数据初步估算出东海和黄海年释放甲烷量分别为7.05×10-2～12.0×10-2Tg.a-1和1.17×10-2～2.20×10-2Tg.a-1.春季东、黄海海域表层海水中CH4均呈过饱和状态,是大气中CH4的净源.

海洋中溶存甲烷研究进展

CH4 是大气中的重要微量气体 ,对全球变暖和大气化学有重要作用。海洋是大气甲烷的重要源和汇。开展海洋中溶存甲烷的研究 ,有助于了解海洋对大气甲烷和全球变化的贡献。综述了海洋中溶存甲烷的研究现状 ,着重介绍了海洋中溶存甲烷的分布特征、海气交换通量的估算及其生物地球化学循环 ,并探讨了该领域研究中存在的问题。

海洋中溶存氧化亚氮研究进展

N2 O是大气中重要和微量气体 ,对温室效应和大气臭氧层损耗有重要作用。海洋是大气N2 O的重要源和汇。开展海洋中溶存N2 O的研究 ,有助于了解海洋对大气N2 O和全球变暖的贡献。本文综述了海洋中溶存N2 O的研究现状 ,着重介绍了海洋中溶存N2 O的分布特征、海气交换通量的估算及其产生和消耗机理 。

渤海主要温室气体与海水pCO_2环境特征

通过对渤海主要温室气体及海水二氧化碳分压的调查与研究,分析了渤海区底层大气二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和二氧化碳分压(pCO2)的时空分布特征;渤海大气CH4含量春、夏、秋、冬季均值分别为2085、1974、2056和2060×10-9nl/L,各季节高值区均出现在黄河口邻近海域;黄河口邻近海域大气较高浓度的甲烷可能是渤海沿岸城市夏季出现高值的重要原因;渤海区大气二氧化碳浓度在2006年-2009年呈增高的趋势,2009年9月渤海中、北部海水pCO2在285～617μatm之间变化,渤海中部海水pCO2明显低于辽东湾内海水pCO2,研究区CO2海气通量-5.9～13.4mmol.m-2.d-1在之间,人类活动以显著影响到渤海的碳汇能力。