中国东海和黄海中一氧化碳的浓度分布及其时空变化、光化学生产和生物消耗

一氧化碳（CO）是大气中重要的痕量气体，它是控制平流层大气中羟基自由基浓度的主要因素，在很大程度上决定着地球大气的氧化能力，从而间接影响着大气中温室气体的存留时间。海洋是大气CO重要的源，CO的海洋生物地球化学研究已成为目前国际上全球变化研究中一个重要的前沿领域。本项目将在我国开展海水中CO的研究，具体测定中国东海和黄海中CO的浓度分布及其时空变化特征，并定量计算CO的海-气通量，同时研究各种环境因素对CO浓度分布和海-气交换过程的影响；测定CO的光化学生产速率和微生物消耗速率，计算光化学生产量和微生物消耗量，探讨上述海区CO的主要源与汇及其贡献程度；建立光化学生产和微生物消耗与环境参数之间的定量关系；通过上述研究，最终建立中国东、黄海中CO生物地球化学循环的模式，以估价CO的释放对区域气候变化的影响。本工作将与国际研究接轨，为研究我国陆架海对全球气候及环境变化的影响奠定基础。

按照项目计划和目标，分别对黄渤海和东海进行了多个航次的现场调查，累计出海时间约200多天。系统研究了海水中一氧化碳（CO）在中国近海的空间分布、周日变化、季节变化及其影响因素，探讨了它们与海区内生态环境影响因子之间的关系；计算了不同海区CO的海-气交换通量，并由此估算中国近海CO释放对全球海洋释放通量的区域性贡献。在部分航次中，探讨了CO光化学生产的表观量子效率 (AQY)与DOM光学指标(如吸光系数)之间的相互关系；测定了CO的微生物消耗速率，探讨了影响微生物消耗速率的主要因素。同时在实验室内系统研究了海水中CO光致生成的主要影响因素。研究结果表明，在水平分布上，CO浓度基本从近岸向远海逐渐降低，主要是由于中国东部沿海人类活动向海洋排放大量营养物质和有机物所致。在垂直分布上，CO浓度最大值一般出现在表层。海水中CO呈现出明显的周日变化的特征，日最高浓度出现在中午，最大值是最小值的5~50倍，这与太阳光的光照强度基本一致。由于受到CO在表层海水中的饱和系数和风速的影响，CO的海气通量也表现了明显的时空变化特征。通过胶州湾系统的调查，发现CO浓度具有明显的季节变化，表现为夏季>春季>秋季>冬季，在黄渤海和东海也表现出春季高于秋季的现象。光化学的研究表明，在280-600 nm波段内，CO的量子产率随波长的增大而呈指数降低。含有较多陆源CDOM的水样其量子产率最大，而含有较多海源CDOM的水样量子产率最低。光脱色对陆源CDOM的影响大于海源CDOM。微生物消耗研究表明，春季和秋季各站位中CO的微生物消耗大部分为一级反应。表层海水中CO的微生物消耗速率具有明显的季节变化，与温度，Chl-a浓度都有较大关系。研究中还发现CO的热力学生成（即暗反应生成）可能是其除光化学之外的一个重要来源。实验室模拟研究表明，在CDOM光降解反应过程中，不同的环境因素对CO的生成速率产生了不同程度的影响，胶州湾河口水中CO的光致生成速率随辐射强度的增强和水体pH的增大而增大。且水域中CDOM 的不同来源也对CO的光致生成速率施加了不同的影响。总的来说，在中国陆架海区，海水中的CO最主要的来源为光化学生成，最主要的汇是微生物消耗。不同海区CO海-气通量的计算结果表明中国近岸或者陆架海区总体上是大气CO的源，这也说明近岸或者陆架海区在CO全球生物地球化学循环中的作用是不能被忽略的。