南黄海季节性“呼吸”，海气CO2通量的季节性变化的奥秘

你有没有想过，我们的海洋就像一个巨大的“呼吸机”，不断地与大气交换着二氧化碳？这种交换，对地球的气候变化有着深远的影响。科学家们一直在密切关注着海洋的“呼吸”，尤其是那些对全球气候变化敏感的区域，比如南黄海。

海气CO2通量指的是海洋和大气之间二氧化碳交换的速率。当海洋吸收大气中的二氧化碳时，我们就说海气CO2通量是负的；反之，当海洋释放二氧化碳到大气中时，海气CO2通量就是正的。

南黄海是位于中国东部和朝鲜半岛西部之间的一个边缘海。它是黄海的一部分，黄海又分为北黄海和南黄海。南黄海的北部与渤海相连，东部与朝鲜半岛相接，南部与东海相连。南黄海海气CO2通量对全球碳循环具有重要影响。研究人员基于季节性航行观测数据，分析了南黄海表层CO2分压（pCO2）的季节变化及其主要影响因素，探讨了不同季节海气CO2通量的变化规律。

研究采用高分辨率的航行观测数据，覆盖春、夏、秋、冬四个季节。通过测定表层海水的CO2分压（pCO2），结合海表温度（SST）和海表盐度（SSS）数据，计算不同季节的海气CO2通量。

研究发现，南黄海表层CO2分压在夏季最高，春季最低。不同季节的主要影响因素包括光合作用、海气交换和垂直混合等。

• 春季：南黄海通常吸收大量的二氧化碳，就像一个巨大的“碳汇”，帮助减缓全球变暖。海气CO2通量范围为-77.3至-0.05 mmol m^-2 day^-1，平均值为-18.9±5.3 mmol m^-2 day^-1。
• 夏季：由于水温升高、生物活动增强等因素，南黄海的二氧化碳吸收能力减弱，甚至可能释放二氧化碳。海气CO2通量范围为0.01至30.4 mmol m^-2 day^-1，平均值为3.8±1.6 mmol m^-2 day^-1。
• 秋季：南黄海的二氧化碳通量又会发生变化，可能再次成为一个碳汇。海气CO2通量范围为-16.1至-0.03 mmol m^-2 day^-1，平均值为-2.9±1.7 mmol m^-2 day^-1。
• 冬季：冬季的南黄海，由于水温较低，生物活动减弱，二氧化碳的吸收量也相对较少。海气CO2通量范围为-36.7至10.9 mmol m^-2 day^-1，平均值为-4.5±2.2 mmol m^-2 day^-1。

研究结果表明，南黄海在年均尺度上表现为大气CO2的汇，年均海气CO2通量为-5.6±1.8 mmol m^-2 day^-1，表明南黄海每年吸收大气CO2的速率为2.1±0.6 mol m^-2 yr^-1。

参考文献：Dongseon Kim，Sosul Cho，Dong Han Choi， Sea-air CO2Flux in the South Yellow Sea Based on Seasonal Underway Observations.  Ocean Science Journal.  Volume 59, article number 44, (2024) ，DOI：10.1007/s12601-024-00169-8

一、南黄海表层CO2分压的季节性变化主要受哪些因素影响？

南黄海受季风影响显着，夏季盛行西南风，冬季盛行东北风，风向和风速的季节性变化对海气交换产生重要影响。

南黄海表层CO2分压的季节性变化受到多种因素的共同影响，这些因素相互作用，共同决定了南黄海对大气中二氧化碳的吸收和释放。

• 温升高，海水的溶解氧降低，对二氧化碳的溶解能力减弱，导致海洋释放更多的二氧化碳进入大气。夏季水温较高，因此夏季南黄海表层CO2分压往往较高。
• 盐度变化会影响海水的碳酸体系，从而影响二氧化碳的吸收和释放。河流径流、蒸发等因素都会导致盐度的变化，进而影响CO2分压。
• 风速越大，海气界面混合越强烈，二氧化碳交换速率就越快。夏季风速较大，有利于海气之间二氧化碳的交换。
• 浮游植物的光合作用会吸收二氧化碳，而有机物的分解会释放二氧化碳。春季浮游植物生长旺盛，吸收大量二氧化碳，导致表层CO2分压降低；夏季生物活动增强，有机物分解加剧，可能导致表层CO2分压升高。
• 大气CO2浓度的季节性变化也会影响海水的CO2分压。
• 洋流的输运作用会影响不同海域之间的水交换，从而影响CO2的分布。

南黄海表层CO2分压的季节性变化是一个复杂的过程，受到多种因素的共同作用。这些因素相互作用，共同决定了南黄海对大气中二氧化碳的吸收和释放。

二、为什么夏季的海气CO2通量最高，而春季最低？

夏季海气CO2通量最高，春季最低的观点并不完全准确。实际上，海气CO2通量的变化受到多种因素的影响，包括水温、盐度、风速、生物活动等，其季节变化趋势也因海域而异。

一般情况下，夏季水温升高，海水的溶解氧降低，对二氧化碳的溶解能力减弱，导致海洋释放更多的二氧化碳进入大气。夏季是海洋生物的活跃期，浮游植物的光合作用吸收二氧化碳，但有机物的分解也会释放二氧化碳。当分解作用超过光合作用时，海洋就会成为二氧化碳的源。夏季风速较大，增加了海气界面混合，促进了二氧化碳从海洋向大气的交换。

而春季海气CO2通量较低，春季水温较低，海水对二氧化碳的溶解能力增强，有利于海洋吸收大气中的二氧化碳。春季是海洋生物的生长季，浮游植物的光合作用逐渐增强，吸收大量的二氧化碳。 相对于夏季，春季的风速较小，海气界面混合减弱，限制了二氧化碳的交换。

需要注意的是，不同海域的海气CO2通量季节变化规律可能不同。例如，在一些高纬度海域，冬季海冰覆盖，海气交换受限，夏季海冰融化，海气交换增强，因此夏季海气CO2通量反而可能较低。除上述因素外，河流径流、洋流、人类活动等也会对海气CO2通量产生影响。不同研究的结果可能存在差异，这与研究区域、观测方法、数据处理等因素有关。

因此，要准确判断某个海域在特定季节的海气CO2通量高低，需要综合考虑多种因素，并结合具体的观测数据进行分析。

总的起来，海气CO2通量的季节变化是一个复杂的过程，受到多种因素的共同作用。

三、垂直混合在不同季节对海气CO2通量的影响有何不同？

南黄海的垂直混合是影响海气CO2通量的关键因素之一，其强度和模式在不同季节存在显着差异，从而对海气CO2通量产生不同的影响。

• 春季: 春季南黄海受季风影响，垂直混合相对较强。径流带来的淡水和营养物质促进了浮游植物的生长，导致表层海水CO2被大量消耗，从而降低了表层CO2分压。
• 夏季: 夏季风加强，垂直混合更加强烈。同时，水温升高，海水分层加剧，深层营养盐难以向上输送，限制了浮游植物的生长。高温导致海水对CO2的溶解度降低，表层CO2分压升高。
• 秋季: 秋季季风减弱，垂直混合减弱。水温逐渐降低，海水分层减弱，深层营养盐向上输送增强，浮游植物生长有所恢复。
• 冬季: 冬季风最强，垂直混合最为强烈。冷空气入侵导致表层海水冷却，密度增大，引发深层对流，使得表层和深层海水充分混合。

垂直混合增强会加强了浮游植物的生长，从而增加对CO2的吸收，降低表层CO2分压，使得表层CO2分压升高，有利于CO2从海洋向大气释放。垂直混合减弱，限制了浮游植物的生长，减少了对CO2的吸收，表层CO2分压升高，使得表层CO2分压降低，有利于大气中的CO2进入海洋。

总体来说，垂直混合的增强有利于降低表层CO2分压，而垂直混合的减弱则有利于升高表层CO2分压。

四、思考

南黄海不同海域的CO2通量季节变化是否存在差异？这种差异的驱动机制是什么？是否与水文特征、生物地球化学过程、人类活动等因素有关？季风强度和方向变化对南黄海CO2通量季节变化的影响机制是什么？黄海冷水团的季节性变动如何影响南黄海的碳循环？

浮游植物群落结构的季节变化对CO2吸收有何影响？微生物在碳循环中的作用如何？它们在不同季节的活性变化对CO2通量有何影响？海水酸化对海洋生物的生理过程和碳循环的影响如何？

台风、赤潮等极端事件对南黄海CO2通量有何短期和长期影响？气候变化背景下，极端事件频次和强度的变化对南黄海碳循环有何影响？

这些有趣的问题旨在激发你的思考，助你更深入地理解，希望能为你带来新的启示和帮助~~~

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