台风对海气CO2交换的作用及季风转换对海洋气溶胶的影响分析

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台风和季风是热带海洋中常见的气候现象。近年来,随着全球气候变暖,台风的频率和强度都会增加,季风的到来时间也可能会被推迟,这将对大气和海洋系统产生重要的影响。因此研究海洋对气候变化的响应研究也变得愈发重要,台风和季风现象对大气、海洋环境和海洋生态系统的研究越来越成为科学家们关注的热点。  台风过境前后,海洋环境可发生显著差别的变化,甚至出现截然不同的现象。利用2011年4月在南海海域采集的数据,对海水表层二氧化碳分压对两种扰动事件所呈现的截然相反的响应进行了研究。在低盐海域,海水表层二氧化碳的值非常低(349.44±7μatm),该海域为一个强碳汇(海气交换值为-4.70±1.76mmol CO2m-2d-1);然而,在高盐、高叶绿素、低温和低溶解氧的海域,二氧化碳分压的值(375.51±7.55μatm)却明显高于正常的南海海水值(362.44±3.96μatm),该海域为弱碳源(1.99±3.08mmol CO2m-2d-1)。利用遥感数据发现,低盐水是由于台风之前的强降雨所导致的,而且由于低盐淡水的溶解作用才导致了低海水表层二氧化碳分压和强碳汇的产生。而高海水表层二氧化碳分压则是由于台风过境引起的,强风所引发的上升流将低温、高盐、高叶绿素且富含溶解无机碳的海水从次表层带至表层,从而提高了海水表层二氧化碳分压值。由于台风的过境,该海域由一个强的碳源变为一个弱的碳汇,海气二氧化碳通量增加了6.69 mmol CO2 m-2 d-1,考虑到南海南部春季的二氧化碳通量为3.3±0.3 mmolCO2 m-2 d-1,台风过境对该区域海气二氧化碳通量的增加高达100%。台风过境之前的强降雨导致的不饱和CO2状态、之前存在的冷涡现象和热带气旋的缓慢移动是导致该通量的主要原因。 季风活动是影响中国乃至亚洲气候变化的重要原因。利用2011-2014年春季印度洋航次大气气溶胶(Aerosol Optical Thickness,AOT)数据和MODIS卫星遥感数据,研究了南海和印度洋(尤其是赤道印度洋)海域气溶胶在春季季风转换期间(东北季风转变为西南季风)的变化,并阐述了其变化推动机制。结果表明,赤道印度洋海域的大气气溶胶整体值和日变化(0.17±0.02和0.07±0.01)都比南海海域的气溶胶(0.28±0.03和0.13±0.01)低,并且在两个海域气溶胶都存在强烈的季节变化且同风场风速的变化密切相关。在赤道印度洋海域,气溶胶的主要成分是海水自产物,其值的大小依赖于风速大小,因此在五月份气溶胶值很高。然而在南海海域,当盛行风由二三月份的离岸(offshore)风转变为四五月份的向岸(onshore)风时,由于由风传输的陆源人类排放的气溶胶颗粒减少,气溶胶对风速的依赖增加。通过对船测气溶胶和卫星气溶胶的对比我们发现,在赤道印度洋海域(5°S-5°N)二者的一致性(R2=0.82)明显高于远离赤道的海域(5°N-25°N,R2=0.69),赤道海域大气中的低气溶胶含量和更小的气溶胶日变化是造成船测数值与每日单次卫星观测数据更吻合的主要原因。结果表明,季风转换期间的风场(风速及风向)的转变是造成春季南海和印度洋海域气溶胶变化的主要原因,气溶胶值在很大程度上依赖于风速的大小,陆源气溶胶的传输则会减弱风速对气溶胶含量的影响。  本研究表明,台风过境会增强海气CO2交换,台风过境引起的上升流、降雨等都可能会对局部海洋碳系统造成影响。季风转换期间气溶胶与风场变化尤其是风速大小密切相关,南海和印度洋的气溶胶类型有所差异,其由风驱动的变化机制也有所区别。更进一步的研究台风、季风与海气CO2交换及气溶胶变化对于研究大气-海洋对气候变化的响应有重要意义。
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