南海和苏禄海的氟氯烃分布、通风过程及人为碳估算研究

摘要

本研究以CFCs、SF6数据为基础，基于TTD方法开展南海、苏禄海上层水体的通风过程及时间尺度研究，以TTD方法计算南海、苏禄海人为碳含量，进而估算整个研究海域的人为碳储量，并采用一维平流扩散模式和瞬时稳态理论探讨研究海域的垂直扩散率和上升速率。
　　南海1500m以深的水体CFC-11含量极低，2000m以深的水体源于邻近的西太平洋的不含CFC-11的深层水体的输入。苏禄海的CFCs渗透深度大于南海，主要来源于临近海域水体的输入。
　　南海表层0-150m的水体的平均年龄为0-30年，通风时间较短。500m的平均年龄约170年，明显大于上层水体。500-1500m的水体平均年龄随着深度增加从170年增大到超过400年。而深度大于1500m的水体，平均年龄超过500年。500-1500m的水体表现出了显著的平均年龄的差异，存在从北到南“老化”的特性，南部水体平均年龄比北部增加了约80年。这一南北的平均年龄差异表明，南海南部中深层水体的通风时间大于北部，表明南海存在深层的翻转流系统。而苏禄海400m以深水体的平均年龄要明显小于南海，两者的差异约为100年，苏禄海和南海的深层水体的通风时间有明显的差别。表明苏禄海深层水来源于周围海盆次表层水体的输入。
　　南海人为碳的渗透深度约1500m，与CFCs的分布是吻合的。人为碳分布也表现出南北的差异，500m以深水体中的人为碳含量北部高于南部。苏禄海人为碳也表现出随深度增加递减的趋势，不过其渗透深度约2500m，显著大于南海，这主要源于周围海盆的人为碳的信号的输入。
　　2011年南海的人为碳储量为1 Pg（误差范围:0.8-1.3 Pg），单位面积储量为24 mol· m-2。苏禄海在2011年人为碳储量为100Tg(误差范围:78-128 Tg)，单位面积储量为24 mol·m-2。南海和苏禄海的人为碳储存能力相仿，不过相较太平洋而言，其储存人为碳的能力较低，主要原因在于南海、苏禄海没有深层水生成的机制，人为碳信号无法大量进入深层水体。通过与反算法得到的结果进行比较，两种方法在南海的结果是吻合的，不过反算法高估了苏禄海的人为碳数值。
　　南海500 m以深的水体上升速率为13-34 myr-1，明显高于北太平洋深层水体的水平。基于该上升速率估算的南海500 m以深水体停留时间约为60-140年。南海500m以深的垂直扩散率为2-4.6×10-4m2s-1，明显高于开阔大洋。苏禄海的扩散率为1.1×10-4m2 s-1。南海与苏禄海的较大的垂直扩散率主要源自内部强烈的内波造成的。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 示踪物概述

1．1．1 示踪物的基本定义

1．1．2 氟氯烃和六氟化硫简介

1．2 CFCs和SF6应用概述

1．2．1 全球CFCs分布

1．2．2 水团传输及环流过程

1．2．3 水团生成速率

1．2．4 通风过程研究

1．2．5 生物地球化学过程速率

1．3 基于CFCs和SF6估算水体年龄

1．3．1 分压年龄与比值年龄

1．3．2 分压年龄和比值年龄应用的问题

1．3．3 运移时间分布

1．4 人为碳与运移时间分布

1．4．1 人为碳测定方法概述

1．4．2 TTD法计算人为碳

1．5 瞬时稳态

1．6 研究意义目的及研究内容

1．6．1 研究意义

1．6．2 研究目的

1．6．3 研究内容

1．7 论文框架

第2章 研究方法

2．1 航次概况

2．1．1 南海

2．1．2 苏禄海

2．2 CFC和SF6测定方法概述

2．2．1 国外研究进展

2．2．2 国内研究现状及差距

2．3 样品测定方法

2．3．1 CFCs测定方法

2．3．2 CFC-12和sF6同时测定方法

2．3．3 定量方法

2．3．4 吹扫效率

2．3．5 方法精密度和检出限

2．4 TTD方法计算过程

2．4．1 TTD形式的选择

2．4．2 平均年龄与人为碳的计算

2．4．3 A／F比值的确定

2．5 人为碳储量估算

2．5．1 水柱储量估算

2．5．2 总储量估算

2．5．3 储量估算误差

2．6 垂直平流扩散的计算

第3章 南海氟氯烃分布、通风过程及人为碳估算

3．1 南海概况

3．2 水文参数描述

3．3 CFC-11含量分布

3．3．1 CFC-11垂直分布

3．3．2 CFC-11水平分布

3．3．3 南海CFC-11分布与西太平洋的比较

3．4 水体平均年龄

3．4．1 南海北部水体平均年龄

3．4．2 南海南部水体平均年龄

3．4．3 南海水体平均年龄的空间差异探究

3．5 深层水体年龄

3．6 人为碳含量分布及储量估算

3．6．1 人为碳分布

3．6．2 南海人为碳储量估算

3．6．3 与C0法比较

第4章 苏禄海氟氯烃分布、通风过程及人为碳估算

4．1 苏禄海概况

4．2 水文参数描述

4．3 溶解氧和营养盐分布

4．4 CFC-12和SF6含量分布

4．4．1 CFC-12垂直分布

4．4．2 SF6垂直分布

4．5 平均年龄分布

4．6 苏禄海水体通风过程探究

4．6．1 苏禄海水体通风过程与南海的差异

4．6．2 与碳14数据的比较

4．7 苏禄海人为碳含量分布及储量估算

4．7．1 苏禄海人为碳分布

4．7．2 苏禄海人为碳储量估算

4．7．3 与C0法比较

4．7．4 南海与苏禄海人为碳分布差异

第5章 南海、苏禄海垂直平流扩散过程探究

5．1 南海的垂直平流扩散探究

5．2 苏禄海的垂直平流扩散探究

5．3 一维平流扩散模式的适用性探讨

第6章 结论与展望

6．1 主要研究结论

6．2 不足与展望

参考文献

攻读博士学位期间发表论文

致谢