中国南大洋海洋大气化学研究进展

海洋大气化学是一门海洋化学与大气化学交叉的新学科。中国的南大洋海洋大气化学研究与我国的南极考察事业同步成长。30多年来,随着南极科学考察的经验积累和数据集成,我国的南大洋海洋大气化学关键过程研究即大气-海洋生物地球化学循环,碳、氮、硫、磷、铁等的海气交换研究都有了长足的进步。与气候变化关系密切的碳、氮、硫的海-气循环等研究,取得了一批新的认知和成果,引起国际学界的关注。自20世纪80年代早期开始至今,我国已开展了三十多次南极科学考察,在这些考察中开展了南大洋大气气溶胶物质来源研究,探究了大气-海洋生物地球化学的一些关键过程,估算了硫、磷、氮、铁的海气交换通量。随着国家重大计划"南极在全球变化中的响应与反馈作用"项目实施及后续研究的开展,对全球变化的敏感要素碳、氮、硫、铁在南大洋的源汇特征及其环境和气候效应等进行了研究,对其有了更深的了解。我们还对南大洋海冰区碳汇格局演变,DMS、MSA、N_2O、Fe等的海气交换过程及其对生态环境的影响有了新认知。同时,在对上述化学物种的实时走航观测关键技术研发上也取得了重要突破,为未来开展相关研究提供了坚实的技术支持;在站区大气污染特征分布上进行了深入探讨,为了解人类活动对站区环境的影响提供了评估依据。

海洋大气化学及其观测工程技术展望

海洋大气化学是一门海洋化学与大气化学交叉的新兴学科,是研究海洋大气中化学物种(Chemical Species)含量、迁移变化、来源辨别及海气交换通量,以及预估人为和自然影响对全球气候变化和区域海洋生态系统影响的科学。海洋大气化学的进步也得益于海-气系统观测体系建设及其工程技术的创新,其中包括对微量要素的测量、复杂形态的辨别和原位探测等技术的突破。我国的海洋大气化学研究起步于20世纪80年代,通过中国沿海观察站、近海和大洋走航线和断面站以及南北极建立考察站等的立体观测平台,针对海洋大气化学关键过程即大气-海洋生物地球化学循环,开展碳、氮、硫、磷、铁等的迁移变化及其海气通量的观测。在碳、氮的海-气循环及海洋酸化机制,硫的海-气交换的气粒转化及气候效应等研究领域,取得了一批新的认知和引起国际学界关注的成果,促进了学科进步,建成了一个从近岸、大洋到极区的立体观测体系。

台湾海峡大气微量金属的化学特征及其入海通量

2006～2007年，利用大容量气溶胶采样器在台湾海峡采集79个大气气溶胶样品．采用ICP—MS分析法测定了样品中Pb、Cu、Cd、V、Zn、Fe和Al等金属元素的含量．分析结果显示，台湾海峡大气微量金属含量呈现出明显的季节变化，对大部分元素而言，含量最低值出现在夏季，而最高值出现在冬季，气溶胶中微量金属的含量变化与海峡的气象条件等因素有关．通过富集因子、相关性分析和因子分析，对微量金属的来源进行了判别．台湾海峡大气微量金属的来源特征为：Cu、Pb、Cd、V主要来自污染源，而Al、Fe、Zn则主要来自地壳源．比较和分析了台湾海峡海域微量金属的大气与河流输入，Cu和Zn的大气输入低于九龙江和闽江的输入，而Pb、Cd的大气输入则超过了这2条河流的输入．

2008年1次沙尘暴事件对厦门岛大气中SO_2等污染物含量的影响

2008年5月27～29日源自内蒙古南部的沙尘暴于5月30日到达厦门.受其影响,30日晚厦门风速最高达到12.6 m/s;31日本监测站大气中CO、NO2和NO含量明显下降,分别从551.3μg/m3下降至218.9μg/m3,从25.0μg/m3下降至6.7μg/m3,从8.1μg/m3下降至0.1μg/m3;6月1日其分别回升至682.4、28.7、6.5μg/m3.与CO、NO2和NO不同,PM10和SO2含量在5月31日没有明显变化,PM10含量从5月31日晚的10.1μg/m3上升至6月1日的232.6μg/m3,SO2含量从5月底的25.0μg/m3上升至52.0μg/m3,并且两者的变化显示出较好的相关性(R2=0.65).据此认为本次沙尘暴到达厦门时,在引起PM10含量增加的同时还引起了SO2含量的升高.这是沙尘暴引起中国南方城市SO2含量升高的首次报道.尽管目前SO2在中国的分布和传输已有较多研究,但对于沙尘暴在中国南方城市传输SO2的机制仍需进一步的探讨.

南沙珊瑚礁对大气CO_2含量上升的响应

本文利用南沙海域的碳酸盐化学以及相关调查资料,分析了表层CaCO3饱和度的分布特征,通过碳酸盐的热力学计算模式,定量评估了未来大气CO2增加对表层CaCO3饱和度的潜在影响,利用CaCO3饱和度与珊瑚钙化速率的经验关系式,进一步预测了珊瑚礁对大气CO2上升可能产生的生物地球化学响应.初步结果显示,工业革命前至2100年,南沙海域的CaCO3饱和度将下降43%左右,从而将引起珊瑚礁的平均钙化速率减少33%.如果未来大气CO2浓度继续保持目前的上升趋势,南沙海域珊瑚礁可能会停止生长,甚至某些造礁生物面临灭绝的危险.

台湾海峡海表气溶胶干沉降通量研究

在已改进的Williams模型中,应用GW03海表动力学粗糙度参数化方案,考虑波浪对干沉降速率的影响,结合卫星资料和再分析资料,计算了台湾海峡海表气溶胶干沉降速率,并利用2006～2007年走航观测结果计算了台湾海峡总悬浮颗粒物的入海通量.其结果表明:台湾海峡海表气溶胶干沉降速率及总悬浮颗粒物干沉降通量具有明显的时空变化特征.台湾海峡海表气溶胶干沉降速率范围为5.83～6.17 cm/s,平均值为6.00 cm/s.其中冬季气溶胶干沉降速率最大,平均值为6.08 cm/s;夏季气溶胶干沉降速率最小,平均值为5.85 cm/s.台湾海峡气溶胶总悬浮颗粒物的干沉降通量也呈现出冬季的高[均值为7.31μg/(m2.s)],夏季的低[均值为2.23μg/(m2.s)]的特征.从空间分布上看,台湾海峡海表气溶胶干沉降速率出现1个高值中心,位于台湾海峡北部海域.总悬浮颗粒物干沉降通量出现2个高值中心和1个低值中心,分别位于台湾海峡北部海域、汕头至厦门海域和南海中北部海域.