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。

极区海洋对全球气候变化的快速响应和反馈作用

分析了全球气候变化与极区海洋的相互作用;集成极区快速变暖促使极区海洋出现快速变化的各种现象,如海冰快速变薄和退缩,格陵兰冰盖严重融化,北冰洋和南大洋碳池的固碳能力下降以及极地海洋酸化等.研究提出:北冰洋夏季海冰覆盖面积快速退缩,海冰覆盖面积在2012年8月26日呈现了记录以来的最低值,有模型预测到2035年北冰洋夏季将会见不到海冰.格陵兰冰盖的消融对全球海平面的上升和大洋环流均会产生影响,格陵兰冰盖全部融化将会使全球海平面上升7 m.通过近10 a的观测发现极地海域对大气二氧化碳的吸收能力不升反降,海水对大气二氧化碳的吸收趋向饱和,南大洋和西北冰洋碳吸收能力变弱.有模式预测,到21世纪末,北冰洋表层海水pH值将会降低0.23～0.45,成为全球海洋酸化最严重的海区,而南大洋的表层海水二氧化碳浓度在21世纪下半叶或将超过600μatm的水平,极地海洋酸化对海洋食物链和生态系统的影响可能成为不可逆转的损害.这些极区海洋的快速变化将对全球气候变化产生反馈作用.

海洋大气环境多参数走航观测系统的集成和应用

海洋大气环境是陆源污染物进入海洋的主要通道,也是陆海相互作用的主要桥梁。海洋大气环境调查研究及其技术发展已成为全球变化研究的重要内容。文中介绍海洋大气环境多参数走航观测系统的集成技术,并在我国近海海洋环境综合调查与评估的台湾海峡和南海现场调查中应用。该系统的集成技术可以适应海区大气环境多种参数走航观测量的需要,自动化程度高,精度高,为研究海洋大气环境中主要有害物质的状态、来源、迁移变化和入海通量提供现场走航直测数据。

燃煤细颗粒在过饱和氛围下声波团聚脱除的实验研究

在不同过饱和氛围下,建立了燃煤细颗粒在声波场中团聚长大脱除的实验装置,对细颗粒物在声波场和不同过饱和氛围下的团聚长大脱除特性进行了实验研究。结果表明:细颗粒在声波场中的夹带系数随过饱和度的增大而增加,相应的脱除效率也有所提高;在过饱和度低于1.0时,细颗粒的总脱除效率很低(约为10%),且几乎不随过饱和度的增大而增加,而当过饱和度大于1.0后,细颗粒的脱除效率随过饱和度的增大而迅速提高,过饱和度从1.0增大到1.5,相应的脱除效率提高了近50%。细颗粒的脱除效率随声压级的增大而提高,在过饱和度为0.3时,细颗粒无法发生凝结长大,总脱除效率很低,低于20%。但当过饱和度达到1.2,细颗粒的脱除效率得到了大幅提升,声压级在130dB时,细颗粒的脱除效率达到了70%左右,表明在低声压级的情况下,利用蒸汽相变可有效提高细颗粒在声波场中的团聚脱除效率。

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．

镭同位素在海洋学研究中的应用及进展

镭同位素具有不同的半衰期,可以用来研究不同时空尺度的海洋学过程,在海洋学研究中得以广泛应用。镭同位素在海洋学中的应用主要包括溶解态物质输运,水体停留时间的估算,海洋地下水排放,沉积物的地球化学和放射年代学以及海洋水团分析5个方面的内容。从海洋中镭同位素的地球化学行为、测量方法及其在以上5个方面的研究综述了镭同位素海洋学研究进展,比较了海洋中镭同位素测量方法,阐释了各应用领域的示踪原理,给出各种应用的方法模式及公式,总结了镭同位素海洋学的发展变化,并指出我国镭同位素海洋学的发展前景和方向。

海洋氨氧化古菌与氨氧化细菌在N_2O生成机制中贡献研究

氧化亚氮(N_2O)是一种重要的痕量温室气体,而且在光照条件下平流层的N_2O会与O_3发生光化学反应,破坏臭氧层。海洋是大气中N_2O的主要来源之一,海洋中N_2O主要通过硝化和反硝化作用产生,而氨氧化作用是硝化作用的关键(限速)步骤,氨氧化古菌可能是氨氧化过程的主要执行者。本文先概述海洋中N_2O分布以及影响氨氧化古菌(Ammonia oxidizing archaea,AOA)和氨氧化细菌(Ammonia oxidizing bacteria,AOB)的amo A(ammonia monooxygenase)丰度与活性的因素以及N_2O生成机制研究现状,进而总结AOA和AOB在海洋N_2O生成机制中起到的关键作用,最后结合全球气候变化、海洋酸化以及大洋OMZ区域扩大等前沿科学问题,对AOA、AOB以及N_2O的生成机制研究进行了展望。

厦门岛南部沿岸大气气溶胶成分谱分布特征

采用单颗粒气溶胶质谱仪（SPAMS）对厦门岛南部沿岸大气气溶胶颗粒进行了实时在线分析,获得了大气气溶胶颗粒的粒径和化学组成的谱分布特性,并对大气气溶胶的浓度、组成及其来源进行了分析.结果表明：厦门近海大气气溶胶在测量范围内呈单峰分布,峰值粒径在0.6 μm左右,且主要为亚微米级颗粒物;含NOx-、HSO4-、Cl-、NH4＋和Na＋等的气溶胶颗粒具有明显的谱分布特性,含有NOX-、HSO4-和NH4的颗粒特征峰值在0.4～0.8μm之间.含NOX-、HSO4-、Cl-和Na＋的细颗粒具有明显的日变化特征,第一次较高颗粒数峰值发生在上午08：00～12：00之间;第二次较弱的峰值发生在23：00～03：00点之间.气溶胶颗粒中元素碳（EC）和有机碳（OC）占有较大的比重,二者占总颗粒物的28.96％,且主要分布在小粒径段颗粒;生物质燃烧颗粒和二次气溶胶颗粒分别占总颗粒数的21.77％和17.68％,说明该地区大气细颗粒中存在较为严重的二次气溶胶污染问题;海盐颗粒和粉尘颗粒主要集中分布在1.0～1.5μm的粒径段,其中海盐颗粒占总颗粒数的11.79％,说明海盐粒子对近海大气气溶胶的组成具有较大影响.

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.

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.

离子色谱-电感耦合等离子体质谱联用测定海水中的IO3^-和I^-

研究了离子色谱-电感耦合等离子体质谱(IC-ICPMS)联用技术直接进样测定海水中IO3-和I-的方法.采用IonPacAG23离子色谱保护柱分离IO3-和I-,以浓度4.0mmol/dm3的KOH为流动相,流量为1.0cm3/min,每个样品的分析时间为2.5min.采用2.5×10-3cm3的进样量,IO3-和I-的检出限分别达到0.6和0.4nmol/dm3,可满足海水中碘形态的定量分析.该方法的IO3-和I-浓度范围在2.0nmol/dm3～2.0μmol/dm3.

兴化湾表层海水氮磷营养盐含量的时空变化及富营养化状况

根据福建兴化湾海域2006年12月（冬季）和2007年4月（春季）的水质监测资料,分析了表层海水无机氮和活性磷酸盐含量的时空变化特征,并对该海域表层水体的富营养化状况进行了评价.结果表明,冬、春两季,兴化湾表层海水无机氮含量的变化范围分别为0.30~1.30、0.34~1.10mg/dm3,均值分别为0.50、0.54 mg/dm3;无机氮的单项污染指数变化范围分别为1.0~4.2、1.1~3.7,均值分别为1.7和1.8.冬、春两季,其海水活性磷酸盐含量的变化范围分别为0.024~0.085、0.016~0.148 mg/dm3,均值分别为0.040、0.038 mg/dm3;其单项污染指数变化范围分别为0.8~2.8、0.5~4.9,均值则都为1.3.其次,该湾表层海水无机氮和活性磷酸盐含量的空间分布特征为西侧近岸水域的较高,往湾口方向递减.冬、春两季兴化湾表层海水富营养化指数（E值）分别为3.53和4.26,基本呈现富营养状态;富营养化严重的区域主要位于兴化湾西南部,其E值最高达29.9.

天然石材放射性核素的HPGe快速分析研究

根据天然石材226Ra、232Th与其子体是处于放射性平衡的特点,研究了制样过程对226Ra与其子体平衡过程的影响。发现样品盒里样品装得越满,初始平衡度越高,增长系数越大;当样品上面的空间为零时,初始平衡度最高,增长系数可达到理论值。多种不同石材实验还表明,不同石材226Ra子体增长曲线很接近,意味着未平衡时的测量结果与平衡时的测定值有很好的确定性关系。还给出了不同平衡时间的校正因子。此方法有可能推广到建材等放射性检测,只要能确认样品未粉碎前226Ra、232Th与各自子体处于放射性平衡。

南极普里兹湾碳循环研究进展

普里兹湾是南大洋碳循环研究典型代表海区,也是中国历次南大洋考察的重点调查区域。从初级生产力、营养盐、叶绿素、海-气CO2通量、真光层颗粒有机碳(POC)输出通量,净群落生产力(NCP)等方面综合阐述了其碳循环特征。生物泵运转效率和海冰过程是碳吸收的主要控制因素。普里兹湾总体上可以从陆坡划界,分为湾内和湾外两大部分。两者碳循环特征差异显著。湾内碳循环过程活跃,是南大洋夏季的高生产力区域。湾外则表现出高营养盐、低叶绿素(HNLC)特征,初步认为存在Fe限制。总体上,溶解有机碳(DOC)、POC、营养盐、叶绿素、二氧化碳分压(pCO2)等存在从湾内向湾外随纬度递增或递减的规律。海冰消长对碳循环过程影响剧烈。夏季融冰造成的冰藻释放、水体垂直稳定性增加是提高生物生产力的首要原因。总体上普里兹湾的碳循环受各种生物、物理过程及其耦合作用控制,对南大洋碳循环机制研究有重要意义。

南大洋表层海水酸化研究进展

海洋酸化是全球变化的一个关注点,南大洋CO2吸收量占海洋对人为CO2的吸收量的30%—40%,同时,南大洋是缓冲能力较低、生态系统脆弱的高纬海域,所以,理解南大洋海水酸化过程及其控制因素就显得尤为重要。海水酸化引起海水中碳酸根离子(CO2-3)的浓度、碳酸钙饱和度(Ω)降低,这对成钙类生物碳酸钙(包括文石和方解石)的形成有害,最终可能对生态系统造成危害。了解海洋酸化的影响、预测酸化对海水碳酸盐体系和生态系统的影响具有重要意义。因此,本文对目前南大洋的开阔大洋区以及两个具有代表性的边缘海和海湾的酸化研究概况进行了梳理,试图对南大洋表层海水酸化的研究进行概述、展望未来南大洋海洋酸化研究趋势并提出一些亟须解决的问题。

北黄海水体的^(226)Ra和^(228)Ra

用锰纤维富集-射气法测定了北黄海海水中的镭同位素226Ra和228Ra,研究了该海域水体中镭同位素的含量和分布.研究结果表明北黄海水体夏季226Ra的比活度为1.80～4.35 Bq/m3,平均值为3.06 Bq/m3;冬季226Ra的比活度为2.08～5.20 Bq/m3,平均值为3.28 Bq/m3.北黄海夏季228Ra的比活度为3.85～25.60 Bq/m3,平均值为10.60 Bq/m3;冬季228Ra的比活度为3.14～15.60Bq/m3,平均值为7.66 Bq/m3.该数据范围和中国近海其他海域、孟加拉湾、泰国昭披耶河口、濑户内海等海域相近.北黄海东北部海域,渤海海峡靠近山东半岛的海区和中北部海区表层镭同位素活度较高.C1断面镭同位素的分布特征从镭同位素的方面证实了渤海海峡水交换表现为北进南出特征这一结论的正确性.226Ra和228Ra的垂直分布较为复杂,大部分站位呈现出底层活度变高的趋势,其他少数站位呈现出中间层活度高的分布特征,不同来源的镭同位素输入至该海域形成了这样的分布特征.

船载风控大容量气溶胶采集系统的开发和应用

在"我国近海环境综合调查与评价"的海洋气溶胶调查研究中,开发研制了新型船载风控大容量气溶胶采集系统。该系统由风向风速控制器、大容量采样器、自动控制器和抗风防雨防腐蚀箱体等组成。经过海上2 a 4个季度的海洋环境作业,表明该系统具有的大容量采集海洋空气体积,满足海洋气溶胶的微量组分的检出要求;具有的风速风向控制系统,能有效避免所采集的大气气溶胶样品受到船上发动机排出烟尘污染的影响。该系统还具防海水降雨、防腐蚀、结构牢固、流量稳定及抗风能力强等优点。系统采用单片机控制信号的采集、处理和显示,配有温度和压力补偿编程设定以及断电保护、自动修复等功能。海洋现场使用表明,该系统设计合理、数据可靠、灵敏度高,可满足海上大容量气溶胶采样要求。

台湾南湾秋末冬初水螅水母类的组成与分布

本文分析了2001年11月2～3日和12月8～10日在台湾南湾12个测站采集的表层和底层92份浮游动物样品,共鉴定水螅水母18种,其中8种是台湾周围海域的新记录.半口壮丽水母(Aglaura hemistoma)和四叶小舌水母(Liriope tetraphylla)为优势种,它们在11月和12月分别占水螅水母类总量的77％和94％以上.南湾水螅水母类的种类数和个体丰度均以12月(17种,3102×10^(-3)个/m^3)明显多于11月(6种,72×10^(-3)个/m^3).在冬季,外海高盐水团是影响水螅水母类分布的主要因素,盐度与水螅水母类多样性指数的相关关系显著,文章还比较了南湾与邻近海区水螅水母类的季节变化.

中国第26次南极考察南大洋碳通量评估

南大洋是大气CO2的重要汇区,而近几十年来这个汇出现了明显变化并成为了研究的热点。利用中国第26次南极考察期间雪龙船绕南极航行所获得的现场碳及相关参数观测数据,分析推导出海水pCO2及其主控因子(叶绿素和水温)之间的经验关系,并结合相关卫星遥感数据建立遥感外推算法,计算南大洋50°S以南海区碳通量分布,评估该海区对大气CO2的吸收能力。计算结果表明,2009年11月从90°E到90°W(顺时针方向),50°—75°S海域为CO2输送大气的弱源,平均输入大气通量为9.482 mol·m-2·month-1,碳释放量为0.001 779 5×1015gC;2009年12月从90°W—90°E(顺时针方向),50°—75°S海域为吸收大气CO2的弱汇,平均碳通量为-12.451 mol·m-2·month-1,碳吸收量为0.026 656×1015gC。将经验关系推导至该月份的50°—75°S整个南大洋的计算中发现,2009年11月南大洋为大气CO2的源,碳释放量为0.002 789 6×1015gC;在2009年12月南大洋为大气CO2的汇,碳吸收量是-0.003 503 5×1015gC。相比之前我们所观测的结果,南大洋的碳汇吸收能力呈现明显下降。

北冰洋酸化指标——海水文石饱和度变异的研究进展

文石饱和度(Ω文石)是评估海洋酸化及对海洋钙质生物影响的重要指标之一。海洋吸收CO2引起海洋酸化,导致Ω文石显著下降。模式研究预测表明北冰洋表层海水将成为最先出现Ω文石<1的世界大洋。通过对北冰洋Ω文石有关研究进行归纳总结,重点阐述了北冰洋Ω文石的分布特征,讨论海—气CO2交换过程、融冰过程以及生物过程等因素对北冰洋Ω文石分布的影响,展望未来的变化趋势并提出一些关键的科学问题。