海洋的变化及其对中国气候的作用(4)
3 海洋碳循环、酸化和溶解氧的变化
工业革命以来,人类向大气中累积排放了约665 PgC的CO2等温室气体。一方面,海洋吸收了其中约四分之一(165 PgC)的CO2,海水酸性增加了26%[77-78],破坏了海水碳酸盐体系的动态平衡,改变了地球生物化学循环。另一方面,海洋吸收了约93%因温室效应产生的额外能量,海水升温变暖,层化加剧,阻碍了表层和深层之间的水交换,水温的升高降低了海水的氧溶解度,并影响海洋生物生产力[1-3]。海洋的化学性质特别是碳循环、酸化和溶解氧含量的变化尤其突出[1,3]。因此,本文对此加以评估,并分析了中国近海碳源汇格局的变化。
图5 1977-2013年西北太平洋台风路径和强度演变注:(a)根据JTWC资料分析的台风路径。颜色表示强度:灰色为热带低压,绿色为热带风暴,橙色为1~2级台风,红色为3~5级台风;(b)根据JTWC(黑色)和调整后JMA(红色)资料的年平均台风生命期最大强度和年平均台风加强速率,粗断线表示1977—2013年间的线性趋势。引自Mei et al[67]。
3.1 海洋碳循环与源汇格局的变化
大气CO2溶于海水后,经过碳酸盐化学过程,形成溶解无机碳,海洋浮游植物通过光合作用吸收海水中溶解无机碳,形成有机碳。目前,全球海洋中的碳储量约是大气碳储量的45倍。最近20年来,海洋很可能吸收了人为排放CO2总量的20%~30%,导致海洋pH值明显下降,海水持续酸化[1]。观测表明,约占全球近海面积12%的中国近海不同季节和区域碳源汇的性质差异很大。其中,夏、秋季的渤海为大气CO2源,冬、春季为大气CO2汇(低信度)[79-80],渤海全年是大气CO2源(证据量有限,一致性中等)[79-80]。冬、春季的黄海是大气CO2汇,夏、秋季是大气CO2源[79],黄海全年可能是大气CO2的弱汇或者海气CO2交换基本平衡(证据量有限,一致性中等)[79-80]。东海不同区域的碳源汇有较明显的季节和年代际变化,但观测值难以覆盖全海域,全年总体是碳汇(证据量中等,一致性高)[81-83]。冬季的南海是大气CO2汇,春、夏、秋季为大气CO2源[84],全年是碳源(证据量有限,一致性中等)[84-87]。总体而言,全球近海总体是大气CO2汇,每年吸收约0.2 PgC[88-89],中国近海可能是大气CO2汇(证据量中等,一致性中等),每年从大气吸收约10.8 TgC的CO2[84,87](见表1)。然而,因上述观测资料涵盖的时间和空间有限,对于中国近海碳源汇格局和强度的估计有较大的不确定性。
预估显示,在RCP 8.5 和RCP 4.5情景下,2012—2100年,全球海洋对大气CO2的累积吸收分别为400(320~635)与250(180~400) PgC[91]。由于近海的碳源汇格局受到陆地、大气、大洋以及人类活动等多方面的影响,迄今仍难以可靠预估中国近海碳源汇格局的未来演变。
表1 不同研究估计的中国近海碳源汇格局 TgC a-1(1 TgC=1012g碳)海域中国近海区域碳源汇[84,80,87](碳源)[87]-0.(源)[80]“接近平衡”[90]黄(碳汇)[87]1.(汇)[80]“接近平衡”[90](碳汇)[87]6.9~23.3(汇)[80]约10(碳汇)[90]南海(-13.)[84]或(-33.)(碳源)[87]-13.9~(-33.6)(碳汇)[80]约-18(碳源)[90]中国近海(10.)[84,87](碳汇)或-(9.5±53)(碳源)[87]-6.0~(-9.3)(碳源)[80]注:正值代表海洋吸收大气CO2(碳汇),负值代表海洋向大气释放CO2(碳源)数。
3.2 海洋酸化
IPCC评估表明,1980年代末以来,全球海洋表层pH值每10年下降0.017~0.027 pH单位;并且,海洋酸化很可能从20世纪中叶就已出现,并影响了大约95%的大洋[92-93]。观测表明,中国渤海不同海域呈现不同程度酸化的现象(证据量有限,一致性中等)[94-98]。北黄海不同季节的海水文石饱和度(Ωarag)偏低[99],而黄海冷水团区域可能是中国近海最先遭受海洋酸化影响的海区之一[100]。东海沿岸表层海水存在一定程度的酸化趋势,在长江口和杭州湾海域酸化较明显;东海酸化受到多种因素的影响,有待进一步的归因分析[101-103]。南海对大气中CO2浓度的吸收效率比较低[104-105],南海北部未呈现明显的酸化现象[106],但近岸海域酸化速度较明显[107-109]。总体而言,2000年之前的十年尺度记录未发现显著的酸化,但百年尺度上有酸化的现象(证据量中等,一致性中等)[110];中国海洋酸化的研究还缺乏长期、连续和覆盖面较广的观测,已有的观测仍存在许多的未知量和较大的不确定性。
预估还显示,在RCP2.6和RCP8.5情景下,相对于2006—2015年而言,到2081—2100年,全球海洋表层pH值将分别下降0.036~0.042和0.287~0.291,高纬度海域更显著[92-93]。在RCP2.6,4.5和RCP8.5情景下,到21世纪末,中国近海表层pH值将分别下降0.05、0.14和0.32[14-15],中国近海酸化将高于全球平均(证据量中等,一致性高)。迄今为止,中国尚未建立系统的海洋酸化观测体系、标准体系及评估体系,缺少长时间序列观测数据,在海洋酸化的评估和预估方面仍存在较大的不确定性。
文章来源:《海洋工程》 网址: http://www.hygczz.cn/qikandaodu/2021/0315/606.html