南海东北部及吕宋海峡邻近海域海水和大气中挥发性卤代烃的浓度分布与海-气通量

挥发性卤代烃(VHCs)是大气中一类重要的挥发性有机污染物。本文于2020年9月对南海东北部及吕宋海峡邻近海域海水及大气中的二氯二氟甲烷(CFC-12)、三氯氟甲烷(CFC-11)、溴甲烷(CH_(3)Br)和碘甲烷(CH_(3)I)的浓度进行了同步测量,探讨了4种VHCs浓度的水平分布及其影响因素,并估算了CH_(3)Br和CH_(3)I的海-气通量。结果表明,调查海域海水中CFC-12、CFC-11、CH_(3)Br和CH_(3)I的浓度平均值分别为(1.96±0.84)、(5.35±4.86)、(1.26±0.57)和(2.58±0.88)pmol·L^(-1)。海水中CH_(3)Br和CH_(3)I的分布是生物生产释放、陆源输入和光化学等多种因素共同作用的结果。大气中CFC-12、CFC-11、CH_(3)Br和CH_(3)I的浓度平均值分别为(480.65±68.55)、(184.07±31.22)、(9.21±4.35)和(1.13±0.65)pptv。结合气象参数和后向轨迹分析发现海洋洁净气团扩散、陆源污染气团的输送和海-气交换作用会共同影响大气中VHCs的分布。CH_(3)Br和CH_(3)I的海-气通量分别为(1.59±3.22)和(9.51±4.57) nmol·m^(-2)·d^(-1),表明调查期间南海东北部及吕宋海峡邻近海域是CH_(3)Br和CH_(3)I的源。

基于浮标观测的春季青岛近岸海水pCO_(2)变化及海-气CO_(2)通量研究

利用海-气界面浮标观测得到的高频数据,分析了春季青岛近岸海域海表二氧化碳分压(pCO_(2))的变化规律及驱动因素,并对海-气CO_(2)通量进行了估算。观测期间该海域由大气的碳汇转变为碳源,主要是由海表pCO_(2)的不断增长所致。对海表pCO_(2)控制因素进行分析,发现温度升高是pCO_(2)增长的主要驱动因素,生物过程起到一定的抑制作用。海表pCO_(2)呈现出日变化特征,温度和生物因素对海表pCO_(2)日变化的作用均与太阳辐射相关,但两者的作用相反。此外,分析发现浮标的不同采样频率会对海-气CO_(2)通量估算产生影响,缩短采样间隔能有效降低海-气CO_(2)通量估算的偏差,提高估算的准确性。

下三横山岛养殖海域海-气界面CO_(2)交换通量的空间分布特征及影响因素

为研究下三横山岛养殖海域海-气界面CO_(2)交换通量及影响因素,从2020年7月开始,在该海域开展为期一年(4次)的监测和分析,主要剖析其温度、盐度、pH、总碱度(TA)及水体中溶解无机碳(DIC)、溶解有机碳(DOC)、颗粒有机碳(POC)分布差异,估算下三横山岛养殖海域表层海水CO_(2)分压(pCO_(2))及海-气界面CO_(2)通量(FCO_(2))值,并分析pCO_(2)的影响因素,探讨下三横山岛该养殖海域海-气界面CO_(2)交换通量。结果表明,下三横山岛海域表层海水4个季节的温度、盐度、pH、TA、DIC、DOC、POC的分布在季节上差异极显著(P<0.01)。下三横山岛海域pCO_(2)全年的变化范围为29.93~836.80μatm,FCO_(2)值的变化范围为-45.67~216.50 mmol·(m^(2)·d)^(-1)。pCO_(2)与FCO_(2)值四季变化显著(P<0.05),全年碳分布格局有较大差异,其中,仅春季为碳汇,碳汇强度为(-32.79±3.73)mmol·(m^(2)·d)^(-1),夏、秋、冬季皆为碳源,碳源强度分别为(14.74±33.35)mmol·(m^(2)·d)^(-1)、(18.39±6.63)mmol·(m^(2)·d)^(-1)、(50.34±9.27)mmol·(m^(2)·d)^(-1),其中,春、夏、秋季FCO_(2)最低值均出现在鱼类养殖区,最高值出现在贻贝养殖区。养殖区内的生物活动是影响下三横山岛海域表层海水pCO_(2)的重要因素。研究结果为下三横山岛多营养层级综合养殖的碳汇研究提供了前期数据及理论参考。

中尺度海-气相互作用对台风暴雨过程的影响

利用中尺度海-气耦合模式MCM对两个典型台风过程进行了数值模拟试验,定量地分析了海-气相互作用对台风暴雨的影响,并探讨了这一影响的物理机制.结果表明,模式MCM能成功模拟台风的路径、强度以及台风暴雨的落时、落区.考虑海-气相互作用能使台风中心气压48和72 h分别回升9.9和3.5 hPa,使后续时段的台风对流性降水减小40～100 mm,还明显改变了非对流性降水分布.耦合与非耦合试验对比分析初步表明,海-气相互作用影响台风暴雨的机制是一种通过台风大风区附近海平面温度(SST)下降来调节的负反馈机制.

2002年南海季风爆发前后西沙海区海-气通量交换及其变化

利用2002年4月24日至6月20日在西沙海区进行的第三次南海海-气通量观测试验资料,采用涡相关法和TOGACOARE2.5b版本通量计算方案,计算了西南季风爆发前后海洋-大气间的通量交换,讨论了辐射、动量、感热通量、潜热通量、海洋热量净收支的时间变化特征及其与气象要素变化的关系.结果表明:西南季风爆发前后,太阳短波辐射、海面净辐射、潜热通量和海洋热量净收支变化特别强烈;通量变化受不同环境要素的影响:感热通量与海-气温差呈正相关关系,与气温呈明显的负相关关系.潜热通量与风速、海-气温差及海面水温均有正相关关系,其中与风速的关系最密切.动量通量(τ)主要随风速变化,它与风速(V)的关系可以表示为τ=0.00185V2-0.00559V+0.01248.

2000年南海季风爆发前后西沙海域海-气热量交换特征

利用2000年5月6日至6月17日在西沙海域进行的第二次南海海-气通量观测资料,计算了南海季风爆发前后海洋-大气间的辐射收支、感热通量、潜热通量及海洋热量净收支;发现季风爆发后海-气热量交换突然发生变化,其中潜热通量、海洋热量净收支变化尤为显著。讨论了季风爆发前后各种天气过程影响下海-气热量、水汽交换特点和海洋热量净收支变化,说明季风爆发前海洋是一个能量积累过程,季风爆发期海洋是一个能量释放过程,季风中断期海洋是一个能量再积累过程;季风爆发后西南大风期持续时间和强度,强烈影响水汽蒸发量大小,进而影响我国大陆上夏季降水,通过南海与阿拉伯海、孟加拉湾、西太平洋暖池等不同海域资料对比,分析了它们在海-气热量交换上的差别,指出这种差别是爆发后南海SST基本稳定而阿拉伯海、孟加拉湾SST明显降低的主要原因。

北太平洋冬季海-气耦合的主模态及其与瞬变扰动异常的联系

利用45年的ECMWF再分析资料,使用SVD方法研究了冬季北太平洋地区表层海温(SST)异常与大气环流异常间的主要耦合模态,探讨了大尺度海-气耦合型与天气尺度瞬变扰动的相互关系。分析结果表明,中纬度北太平洋地区冬季存在两种主要的海-气耦合型,第1种耦合型反映了与ENSO紧密相关的中纬度北太平洋冬季海温异常分布型以及大气的PNA型,第2种耦合型SST异常集中在东亚沿海以及中纬度北太平洋海流区,相应的大气场则为暖(冷)SSTA上空东西向带状区域内位势高度偏高(低),明显独立于ENSO型。进一步的合成分析表明,在第1种耦合型SST正(负)异常年里,冬季阿留申低压主体位置偏西南(东北),从东北亚到北美西海岸的西北—东南向带状区域内是低层大气温度正(负)异常区和高层西风负(正)异常区,西风负(正)异常中心位于西风急流出口处的北太平洋中东部,而西风急流主体区的风速变化很小。在第2种耦合型东亚沿海至中纬度北太平洋海流区SST偏暖(冷)时,阿留申低压整体偏弱(强),SST暖(冷)异常上空的大气温度偏暖(冷),高层西风急流区西风偏弱(强)。两种耦合型均显示出在北太平洋中纬度地区大气和海洋的异常相关中心有很好的空间对应性。在两种耦合型下,中纬度北太平洋冬季的大气斜压性也发生截然不同的改变,引起中纬度天气尺度瞬变扰动活动异常。瞬变扰动异常的动力强迫作用对北太平洋西风异常的形成存在正反馈作用,而其热力作用则试图破坏与两种海-气耦合模态相关的大气温度异常型。

南海夏季风期间海-气通量整体输送系数分析

利用 2 0 0 0年南海海 气通量观测资料 ,建立了南海季风期间海 气通量整体输送系数的计算公式 ;同时 ,利用2 0 0 0和 2 0 0 2年观测资料与邻近海区同类公式进行了对比试验研究。结果表明 ,使用邻近海区的同类公式计算的海 气通量的误差高于新建立公式所得结果。因此 ,开展南海海

太平洋海-气热通量与长江流域降水及东亚500hPa环流的遥相关

本文采用对两种气象要素场的相关场作EOF分解的方法，对1951－1979年太平洋海-气感热、潜热通量与长江流域降水和东亚500hPa环流作了分析。结果表明，太平洋海-气感热、潜热通量与后期（τ=6）长江流域降水存在显著相关区，感热和潜热的异常分布能造成长江流域降水分布不均。同时，冬季（12－2月）太平洋潜热通量的变化与夏季（6－8月）对流层中层的赤道辐会带、副热带高压等系统有较密切的联系。

北黄海海水中挥发性卤代烃的分布和海-气通量研究

用吹扫-捕集气相色谱法对北黄海常见的4种挥发性卤代烃（VHC）的研究表明,秋季北黄海表层海水中CHCl3,C2HCl3,CHBr2Cl和CHBr3的浓度和平均值分别为9.9~63.4（14.1±8.1）,7.1~29.4（15.4±6.2）,0.1~30.3（8.8±10.0）和4.2~56.4（21.6±12.2）pmol/dm3。这4种VHC在水平分布上呈现一定的空间变化,其浓度可能是陆地径流、人为活动和生物产生的影响程度不同造成的。VHC在垂直分布上受到地理位置和水文条件的不同影响,在不同站位有较大差异。周日变化研究表明,VHC具有一定的周日变化特征,受光照和潮汐等因素的共同影响最大值均出现在13：00—16：00。采用Liss和Slater双层模型理论对北黄海表层海水和大气之间CHCl3,C2HCl3和CHBr3的海-气通量进行估算,得到这3种物质在北黄海的海-气通量平均值和范围分别为14.8（0.2~104.4）,23.2（1.8~93.0）和15.6（0.7~55.1）nmol/（m2.d）。结果表明,在秋季该研究海域是大气CHCl3,C2HCl3和CHBr3的源。

新一代区域海-气-浪耦合台风预报系统

依托国家重点基础研究(973)计划项目"上层海洋对台风的响应和调制机理研究",中国气象局上海台风研究所联合国家海洋局的相关单位,通过实施近海台风的外场观测科学试验、加强台风边界层(特别是海气相互作用)物理过程诊断分析及参数化方案等的研究,建立并改进了台风强度预报的海-气-浪耦合预报模式系统,并在此基础上发展了台风强度的集合预报技术,在历史典型台风个例和2016—2017年台汛期的业务化测试中表现出良好的预报性能。

秋季黄海与渤海异戊二烯含量的分布及海-气通量

为深入研究我国近海异戊二烯的生物地球化学过程及气候效应,于2013年11月6—23日（秋季）在黄海、渤海海域设25个采样点采集海水样品,其中在A断面4个采样点采集不同深度海水样品,运用吹扫捕集-气质联用法对海水中c（异戊二烯）进行分析,研究其分布规律及影响因素,并对异戊二烯的海-气通量进行了探讨.结果表明：1表层海水中c（异戊二烯）的范围为10.76~48.67 pmol/L,平均值为（22.85±10.52）pmol/L,其水平分布呈北高南低的特征;2c（异戊二烯）与ρ（Chla）（Chla为叶绿素a）呈正相关（R=0.643 4,n=25,P〈0.000 4）,说明浮游植物生物量是影响研究海域内c（异戊二烯）水平分布与变化规律的重要因素;3调查期间c（异戊二烯）在A断面上的垂直分布较为均匀且没有出现明显分层现象;4表层海水中异戊二烯处于过饱和状态,其海-气释放通量范围为6.26~449.81 nmol/（m^2·d）,平均值为（91.62±109.75）nmol/（m^2·d）.研究显示,我国陆架海区可能是全球海洋、大气异戊二烯重要的源,相关的调查研究工作亟需展开.

南海海水中DO的平面、垂直分布以及海-气交换通量

根据1998年7月和1999年1月南海两个航次的综合调查结果,对溶解氧(DO)的平面、垂直分布以及海-气交换通量进行了研究,结果表明:表层海水是DO浓度最高的含氧层,在次表层20～75 m处普遍存在着DO浓度的最大值(440 μmol/dm3),同时该层还出现了pH值的最大值和活性磷酸盐浓度的最小值,其位置在温跃层的下界附近.对夏季表层DO和活性磷酸盐进行相关性分析可知,其相关系数为-0.915(n=288),两者呈显著负相关;同时,DO和pH值垂向变化趋势相一致,相关系数为0.951(n=288),两者呈强烈正相关.通过计算,得到1998年夏季和1999年冬季海面溶解氧的海-气交换通量:夏季释放通量为-0.346～0.226 mol/(m2·d);冬季为-0.234～3.123 mol/(m2·d).由于夏季南海海水生物的初级生产力相对要高于冬季,因此夏季溶解氧向上通量的区域较冬季广,同时,海-气交换的通量随区域的变化也有所不同.

基于南海观测平台的海-气界面CO_2通量研究

利用南海北部的海上综合观测平台,开展了基于涡相关方法的海-气界面CO2通量的长期观测,得到了2010年9月至2012年9月近2年的海-气界面CO2通量数据,结果分析表明,观测平台附近海域全年表现为一个碳汇,年平均值为-0.088 mg m-2s-1,存在明显的季节变化规律,秋冬季节海洋表现为一个强碳汇,春季海洋依然是一个碳汇,但强度明显减弱,而夏季海洋呈现不稳定的源汇变化特征;从日周期特征上看,夜间通量强度较强,白天减弱;进一步的分析表明,海上风和大气稳定性对海-气界面CO2通量有明显的贡献。

海-气CO2通量实测数据通量计算中误差传递模拟与敏感性分析

海-气CO2通量估算模型中参数的可靠性是决定模型可靠性的重要因素,也决定了模型估算结果的可靠性,因此开展海-气CO2通量计算模型中误差传递规律与敏感性分析,对模型参数端元因子的误差控制,提高模型预测精度和降低不确定性十分重要。但由于模型中参数众多,且各种参数间彼此相互影响,使得误差传递过程与敏感性分析十分复杂困难。本文在海-气界面CO2通量观测建模过程详细分析的基础上,以海-气界面CO2分压差的经典通量计算模型为基础,以实测数据通量计算过程为例,针对模型中的参数变量,在假设参数变量的误差正态分布的前提下,利用Monte Carlo手段分析各参数变量的误差在模型中的传递规律,并将单因子扰动试验法用于海-气界面CO2通量建模的参数敏感性分析。模拟和分析结果表明:CO2通量计算过程中误差经模型传递后的分布规律存在正态分布、指数分布等多种形式;气体交换系数对通量计算结果的敏感性最大,通量估算中的风速和表层海水温度是必须进行精度控制的关键参数。

中尺度海-气耦合模式GRAPES_OMLM对台风珍珠的模拟研究

利用全球/区域同化与预报系统GRAPES(Global/Regional Assimilation and Prediction System)和改进的Mellor-Yamada型海洋混合层模式OMLM(Ocean Mixed Layer Model),建立了一个新的中尺度海-气耦合模式GRAPES_OMLM,并利用该模式对发生于南海的台风珍珠(0601)进行了模拟研究,检验了GRAPES_OMLM对台风的模拟性能,并分析了局地海-气相互作用对台风的影响。结果表明,GRAPES_OMLM基本能模拟出台风天气过程中的主要物理过程。考虑了海-气相互作用的耦合试验所模拟出的台风强度、近台风中心最大风速以及台风后期移动路径,相对于两组控制试验(单独大气模式)的模拟结果都有较大的改进。而且,采用逐日变化海表温度作为下边界条件的控制试验2的模拟结果相对于SST不变的控制试验1更接近观测。耦合模式GRAPES_OMLM能较好地模拟出台风过境海表温度的变化,台风珍珠在其路径右侧有超过4.0℃的降温。SST的变化和海表风应力的变化呈反相关系,风应力的增大伴随着海洋近表层湍流动能(TKE)的加强,大风动力作用是SST降低的主要原因。SST的降低致使海洋向台风输送的热通量减少,进而削弱了台风的强度并改变台风环流结构,同时通过改变位势涡度趋势的一波结构(WN-1)来影响台风的移动路径。

海-气界面通量计算模式的敏感性试验研究

利用《2000年南海海气通量观测》外场观测资料对海气通量计算模式进行了敏感性试验。试验分析结果表明:感热通量对观测要素的观测误差比较敏感,因而其计算结果的误差较大;相反,潜热通量和动量通量对观测要素的观测误差相对不太敏感,因此,它们的计算结果比较可靠。试验结果也证实了表面通量计算的合理性,其结论可用于对实测资料进行误差检测。

北黄海二甲基硫(DMS)的海-气释放及其对气溶胶中非海盐硫酸盐的贡献

根据2006年7-8月和2007年1月对北黄海进行的大面调查,分析研究了夏冬季表层海水中二甲基硫（DMS）的浓度分布和海-气交换通量。研究表明：表层海水以及大气中DMS浓度季节变化明显,夏季平均值分别是冬季的3.2和3.7倍。相关性分析显示,海水中DMS和Chla浓度存在明显的相关性,说明浮游植物生物量是影响DMS浓度分布的1个重要因素。利用Liss和Merlivat公式（LM86）估算了北黄海夏冬季DMS的海-气交换通量,其平均值分别为7.31和4.98μmol.m-2.d-1。另外,根据测定的大气中甲基磺酸盐（MSA）和非海盐硫酸盐（Nss-SO42-）的浓度及比例,估算出夏冬季北黄海生源硫释放对气溶胶中Nss-SO42-的贡献比例分别为10.1%和2.8%。此结果表明北黄海大气中Nss-SO42-主要来源于人为排放。

春、秋季台湾海峡海-气CO_2通量及其影响因素

于2014年的5月(春季)和9月(秋季)在台湾海峡及其邻近南海和东海海域,采用水气平衡法进行了2个航次的海表和大气pCO_2连续走航观测,同时获取了海表温度、海表盐度、风速及气压等数据,并采用海-气CO_2分压差减法估算了海-气CO_2通量.结果显示,春、秋2个航次平均海表pCO_2分别为387±16μatm和408±18μatm.温度是影响台湾海峡及其邻近海域海表pCO_2的主控因子,水团混合和其他因素等也对海表pCO_2有一定影响.2014年春、秋季节,对研究区域的海-气CO_2释放通量的估算结果分别为0.11±1.60 mmol/(m2·d)和2.51±1.10 mmol/(m2·d).台湾海峡海表pCO_2既存在显著的季节变化,又存在较大的空间差异.

西太平洋海-气二氧化碳分压差及其通量研究

本文研究了中国第八次南极科学考察青岛至南极航渡中所观测到的大气与海水二氧化碳分压资料，结果表明：７°Ｎ以北、０°至２°Ｓ、１０°Ｓ至４３°Ｓ之间及５８°Ｓ以南的海域是大气二氧化碳的汇区，其间碳通量平均约为６．１ｍｇ／（ｍ２ｈ）；７°Ｎ至０°、２°Ｓ至１０°Ｓ及４３°Ｓ至５８°Ｓ则为大气二氧化碳的源区，其间碳通量约为４．０ｍｇ／（ｍ２ｈ）。