CN116227993B - 一种海水吸收大气co2能力调控因子的评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海水吸收大气CO2能力调控因子的评估方法，包括：获取实测数据资料、并分析获取数据之间的相互匹配性；梳理海水吸收大气CO2能力主要调控因子的类型并构建初步评估模型；将不同调控因子影响作用的量值加和与实际海水吸收大气CO2能力的变化量进行比较，通过对比验证处理对初评估结果进行修正和调整；将不同调控因子的影响作用的量值与实际海水吸收大气CO2能力的变化量进行比较，评估不同影响因子对海水吸收大气CO2能力的影响作用所占的比例，从而筛选出主要调控因子。本发明可高效率、低成本的实现我国陆架边缘海吸收大气CO2能力调控因子的科学评估以及主控因子的精准提取，克服了传统方法需要依托大量海上实测数据等的限制，准确性也得到显著提高。
Description
技术领域
本发明涉及海水吸收大气CO2能力调控因子的评估技术领域，尤其涉及一种海水吸收大气CO2能力调控因子的评估方法。
背景技术
我国陆架边缘海面积约占全球的12.5％，是世界上最宽的陆架边缘海之一，海水吸收大气CO2的潜力巨大。然而，我国陆架边缘海纵跨温带、亚热带、热带，生态系统结构差异显著，加上涡旋、内波、上升流等中尺度现象显著，海水吸收大气CO2能力具有显著的时空变异性且调控因子不易辨别，限制我国陆架边缘海碳汇潜力的充分挖掘。因此可见，科学准确的评估我国陆架边缘海吸收大气CO2能力的调控因子是评估我国陆架边缘海吸收大气CO2能力及挖掘我国陆架边缘海碳汇潜力的关键，具有十分重要的研究意义和应用价值。
目前海水吸收大气CO2能力调控因子的评估中，通常使用的是基于大量实测数据相关性分析的定性分析方法，大量实测数据的获取耗时耗力、成本较高，易受海况条件等因素的限制，并且定性分析准确性有限。此外，近年来单一影响因子对海水吸收大气CO2能力调控的定量评估方法也取得了一定的进展，如Takahashi评估了温度变化对海水吸收CO2能力的影响作用，虽然在一定程度上可实现该因子的半定量评估，但是无法科学理清该因子与其他调控因子的协同作用，无法辨别不同影响因子对海水吸收大气CO2能力的协同调控作用，难以科学的筛选主控因子。因此，整体而言目前尚欠缺海水吸收大气CO2能力调控因子的定量评估方法，不能实现不同影响因子的协同评估，难以科学准确评估陆架边缘海吸收大气CO2能力及其未来的发展演变趋势，限制了海洋碳汇潜力的挖掘。
近年来，海洋时间序列观测技术不断发展，可以获取更具区域代表性、实时性和长时序性等特点观测数据，尤其在海洋资源和环境调查等领域已展现出其特有的技术优势。因此，利用海洋时间序列观测数据，建立一种高效、科学、充分利用时间序列观测数据资料对我国陆架边缘海吸收大气CO2能力调控因子的评估方法，实现不同调控因子包括温度、河流输入、生物活动、垂直混合、海-气交换等对海水吸收大气CO2能力影响作用的定量评估和主控因子的精确提取，对于科学评估我国陆架边缘海吸收大气CO2能力、增汇潜力及其未来的发展演变趋势均具有重要意义。
发明内容
根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种海水吸收大气CO2能力调控因子的评估方法，具体包括如下步骤：
获取海水温度、海水盐度、海水溶解氧、海表和大气二氧化碳分压、海水总溶解无机碳、海水总碱度时间序列的实测数据资料；
基于陆架边缘海碳循环的基本特征初步评估获取数据的质量并分析获取数据之间的相互匹配性；
梳理海水吸收大气CO2能力主要调控因子的类型并构建初步评估模型；
将对应于起始时间的海水温度、海水盐度、海水溶解氧、海表和大气二氧化碳分压、海水总溶解无机碳、海水总碱度的实测数据作为原始特征数据，根据时间的推移评估海水温度、河流输入、生物活动、垂直混合以及海-气交换多项调控因子的变化对海水吸收大气CO2能力的影响作用；
将不同调控因子影响作用的量值加和与实际海水吸收大气CO2能力的变化量进行比较，二者差值为初步评估模型的残余项，将该残余项表征计算偏差，通过对比验证处理对初评估结果进行修正和调整；
将不同调控因子的影响作用的量值与实际海水吸收大气CO2能力的变化量进行比较，评估单一影响因子对海水吸收大气CO2能力的影响作用所占的比例，从而筛选出主要调控因子。
所述生物活动对海水吸收CO2能力的影响作用评估方式为：
式中，dBioFlux为生物活动对海水吸收大气CO2能力的影响作用；kTi为对应于起始时刻ti海水温度Ti的气体传输速率；KTi,Si为对应于起始时刻ti的海水温度Ti及海水盐度Si的CO2溶解度系数；是海水pCO2的量值，DICi及TAlki为起始时刻ti海水总溶解无机碳和总碱度的量值；dBioDICi及dBioTAlki为生物活动影响导致的海水总溶解无机碳和总碱度的变化量值；pCO2,air为大气CO2分压；Fluxi为起始时刻ti海水吸收大气CO2的量。
式中DOi及DOi+1分别为起始时刻ti和评估时刻ti+1海水溶解氧含量；kO2为氧气O2的传输系数，DOsat,i为起始时刻ti的溶解氧饱和度。
所述垂直混合对海水吸收CO2能力的影响作用评估方式为：
dMixDICi＝((MLDi+1-MLDi)÷(ti+1-ti)+KZ÷(MLDi+1-MLDi))×(DICi,ss-DICi)÷MLDi
dMixTAlki＝((MLDi+1-MLDi)÷(ti+1-ti)+Kz÷(MLDi+1-MLDi))×(TAlki,ss-TAlki)÷MLDi
式中dMixFlux为垂直混合作用对海水吸收大气CO2能力的影响作用；dMixDICi及dMIixTAlki为垂直混合作用导致的海水DIC和TAlk的变化量值；MLDi及MLDi+1分别为起始时刻ti和评估时刻ti+1混合层深度，Kz为混合层垂直扩散率，DICi,ss、TAlki,ss为起始时刻ti次表层海水DIC、TAlk的量值。
所述海-气交换作用对海水吸收CO2能力的影响作用评估方式为：
dASDICi＝Fluxi×(ti+1-ti)÷(MLDi×ρi)
式中dASFlux为海-气交换作用对海水吸收大气CO2能力的影响作用；dAsDICi为海-气交换作用导致的海水DIC的变化量值；ρi为起始时刻ti的海水密度。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种海水吸收大气CO2能力调控因子的评估方法，本发明采用时间序列观测数据资料，更具区域代表性、实时性和长时序性等特性，可高效率、低成本的实现我国陆架边缘海吸收大气CO2能力调控因子的评估，克服了传统方法需要依托大量海上实测数据等的限制。另外本发明基于我国陆架边缘海碳循环的基础特征，进行海水吸收大气CO2能力不同调控因子的分类，增强不同调控因子过程的特征表达能力，可科学定量评估不同调控因子的影响作用，精确提取主控因子，与传统的相关性定性分析法或者单因子定量评估法相比准确性显著提高。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明方法的流程图
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：
如图1所示的一种海水吸收大气CO2能力调控因子的评估方法，该方法首先获取评估海域海水常规环境参数数据以及碳循环参数数据；基于我国陆架边缘海碳循环的基本特征及海水碳循环互算软件CO2SYS评估数据质量，保证数据的科学性；构建一个评估指标为海水吸收大气CO2的量Flux，负值代表研究海域从大气中吸收CO2，正值代表向大气释放CO2，Flux的大小代表吸收大气CO2能力的强弱。海水吸收大气CO2能力的变化量记作dFlux，不同调控因子包括海水温度、河流输入、生物活动、垂直混合以及海-气交换等的变化对海水吸收大气CO2能力的影响作用分别记为dTFlux、dSFlux、dBioFlux、dMixFlux、dAsFlux，评估模型的残余项记为dNonFlux。设定时间序列数据的起始时刻(ti)，这一时刻对应的各项参数分别为温度(Ti)、盐度(Si)、(总碱度)TAlki、(总溶解无机碳)DICi、(溶解氧)DOi、(海水二氧化碳分压)pCO2,i；评估时刻(ti+1)对应的各项参数分别为Ti+1、Si+1、TAlki+1、DICi+1、DOi+1、pCO2,i+1，因此，构建一维模型评估海水吸收大气CO2能力的变化量：
dFlux＝dTFlux+dSFlux+dBipFlux+dMixFlux+dAsFlux+dNonFlux (1)
1、海水温度变化对海水吸收CO2能力的影响作用评估(dTFlux)：
式中kTi+1为对应于评估时刻(ti+1)海水温度(Ti+1)的气体传输速率；KTi+1,Si为对应于评估时刻(ti+1)的海水温度(Ti+1)及起始时刻(ti)海水盐度(Si)的CO2溶解度系数，下同；pCO2,air为大气CO2分压，Fluxi为起始时刻(ti)海水吸收大气CO2的量值。
2、海水盐度变化对海水吸收CO2能力的影响作用评估(dSFlux)：
(3)
式中KTi,Si+1为对应于起始时刻(ti)的海水温度(Ti)及评估时刻(ti+1)海水盐度(Si+1)的CO2溶解度系数；是基于海水碳循环互算软件CO2SYS(其中隐含着溶解钙与盐度呈正比例关系、近海与大洋一致等假设)应用海水DIC、TAlk、T、S等参数计算的海水pCO2，下同。海水碳循环互算软件CO2SYS计算时碳酸的电离常数选用Millero et al.(2006)的数值、硫酸的电离常数Dickson(1990)的量值、碳酸钙饱和溶度积采用Mucci et al.(1983)的量值，硅酸盐和磷酸盐的浓度默认设置为零。
3、生物活动对海水吸收CO2能力的影响作用评估(dBioFlux)：
式中dBioDICi及dBioTAlki为生物活动影响导致的海水DIC和TAlk的变化量值：
式中DOi及DOi+1分别为起始时刻(ti)和评估时刻(ti+1)海水溶解氧含量；kO2为氧气(O2)的传输系数，DOsat,i为起始时刻(ti)的溶解氧饱和度。
4、垂直混合对海水吸收CO2能力的影响作用评估(dMixFlux)：
dMixDICi＝((MLDi+1-MLDi)÷(ti+1-ti)+Kz÷(MLDi+1-MLDi))×(DICi,ss-DICi)÷MLDi(8)
dMixTAlki＝((MLDi+1-MLDi)÷(ti+1-ti)+Kz÷(MLDi+1-MLDi))×(TAlki,ss-TAlki)÷MLDi (9)
式中dMixDICi及dMIixTAlki为垂直混合作用导致的海水DIC和TAlk的变化量值；MLDi及MLDi+1分别为起始时刻(ti)和评估时刻(ti+1)混合层深度，Kz为混合层垂直扩散率，DICi,ss、TAlki,ss为起始时刻(ti)次表层海水DIC、TAlk的量值。
5、海-气交换作用对海水吸收CO2能力的影响作用评估(dASFlux)：
dASDICi＝Fluxi×(ti+1-ti)÷(MLDi×ρi) (11)
式中dAsDICi为海-气交换作用导致的海水DIC的变化量值；ρi为起始时刻(ti)的海水密度。
6、不同调控因子对海水吸收CO2能力影响作用的比例计算，以海水温度变化对海水吸收CO2能力的影响作用比例计算为例：
dTFlux/dFlux×100％(12)
7、主控因子的提取
依次比较海水温度、河流输入、生物活动、垂直混合以及海-气交换等调控因子的变化对海水吸收大气CO2能力的影响比例，提取主控因子。
实施例
基于黄海时间序列站(北纬38.7°，东经122.2°)的实际观测数据，利用传统相关性分析的方法得出的结果是全年除2月之外，海水温度变化是该海域海水吸收大气CO2能力的主控因子；基于该发明方法进行了海水吸收大气CO2能力调控因子的定量评估，结果表明春季2月-4月和夏季7月-8月的生物活动作用以及秋季10月-11月水体的垂直混合作用强烈，超越了海水温度变化的影响，成为主控因子，如表1所示，这个结论更科学准确。因此可见，该发明方法能够更科学、高效地评估海水吸收大气CO2能力不同调控因子的影响作用，精准的提取主控因子。
表1黄海时间序列站(北纬38.7°，东经122.2°)海水吸收大气CO2能力调控因子的评估结果
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种海水吸收大气CO2能力调控因子的评估方法，其特征在于包括：
获取海水温度、海水盐度、海水溶解氧、海表和大气二氧化碳分压、海水总溶解无机碳、海水总碱度时间序列的实测数据资料；
基于陆架边缘海碳循环的特征初步评估获取数据的质量并分析获取数据之间的相互匹配性；
梳理海水吸收大气CO2能力调控因子的类型并构建初步评估模型，所述初步评估模型用于评估海水吸收大气CO2能力的变化量：
dFlux＝dTFlux+dSFlux+dBioFlux+dMixFlux+dAsFlux+dNonFlux
其中：dTFlux代表海水温度的变化对海水吸收大气CO2能力的影响作用、dSFlux代表海水盐度的变化对海水吸收大气CO2能力的影响作用、dBioFlux代表生物活动的变化对海水吸收大气CO2能力的影响作用、dMixFlux代表垂直混合的变化对海水吸收大气CO2能力的影响作用、dAsFlux代表海-气交换的变化对海水吸收大气CO2能力的影响作用、dNonFlux代表评估模型的残余项；
将对应于起始时间的海水温度、海水盐度、海水溶解氧、海表和大气二氧化碳分压、海水总溶解无机碳、海水总碱度的实测数据作为原始特征数据，根据时间的推移评估海水温度、河流输入、生物活动、垂直混合以及海-气交换多项调控因子的变化对海水吸收大气CO2能力的影响作用；
将不同调控因子影响作用的量值加和与实际海水吸收大气CO2能力的变化量进行比较，二者差值为初步评估模型的残余项，将该残余项表征计算偏差，通过对比验证处理对初评估结果进行修正和调整；
将不同调控因子的影响作用的量值与实际海水吸收大气CO2能力的变化量进行比较，评估单一影响因子对海水吸收大气CO2能力的影响作用所占的比例，从而筛选出调控因子；
海水温度变化对海水吸收CO2能力的影响作用评估方式为：
式中为对应于评估时刻ti+1海水温度Ti+1的气体传输速率；/>为对应于评估时刻ti+1的海水温度Ti+1及起始时刻ti海水盐度Si的CO2溶解度系数，pCO2，i为海水CO2分压，pCO2,air为大气CO2分压，Fluxi为起始时刻ti海水吸收大气CO2的量值；
海水盐度变化对海水吸收CO2能力的影响作用评估方式为：
式中：为对应于起始时刻ti的海水温度Ti的气体传输速率；/>为对应于起始时刻ti的海水温度Ti及评估时刻ti+1海水盐度Si+1的CO2溶解度系数；是基于海水碳循环互算软件CO2SYS应用海水DIC、TAlk、T、S参数计算的海水pCO2，DICi及TAlki为起始时刻ti海水总溶解无机碳和总碱度的量值，
所述生物活动对海水吸收CO2能力的影响作用评估方式为：
式中，dBioFlux为生物活动对海水吸收大气CO2能力的影响作用；kTi为对应于起始时刻ti海水温度Ti的气体传输速率；KTi,Si为对应于起始时刻ti的海水温度Ti及海水盐度Si的CO2溶解度系数；是海水pCO2的量值，DICi及TAlki为起始时刻ti海水总溶解无机碳和总碱度的量值；dBioDICi及dBioTAlki为生物活动影响导致的海水总溶解无机碳和总碱度的变化量值；pCO2,air为大气CO2分压；Fluxi为起始时刻ti海水吸收大气CO2的量；
式中DOi及DOi+1分别为起始时刻ti和评估时刻ti+1海水溶解氧含量；kO2为氧气的传输系数，DOsat,i为起始时刻ti的溶解氧饱和度；
所述垂直混合对海水吸收CO2能力的影响作用评估方式为：
dMixDICi＝((MLDi+1-MLDi)÷(ti+1-ti)+KZ÷(MLDi+1-MLDi))×(DICi，ss-DICi)÷MLDi
dMixTAlki＝((MLDi+1-MLDi)÷(ti+1-ti)+KZ÷(MLDi+1-MLDi))×(TAlki，ss-TAlki)÷MLDi
式中dMixFlux为垂直混合作用对海水吸收大气CO2能力的影响作用；dMixDICi及dMIixTAlki为垂直混合作用导致的海水DIC和TAlk的变化量值；MLDi及MLDi+1分别为起始时刻ti和评估时刻ti+1混合层深度，Kz为混合层垂直扩散率，DICi,ss、TAlki,ss为起始时刻ti次表层海水DIC、TAlk的量值；
所述海-气交换作用对海水吸收CO2能力的影响作用评估方式为：
dASDICi＝Fluxi×(ti+1-ti)÷(MLDi×ρi)
式中dASFlux为海-气交换作用对海水吸收大气CO2能力的影响作用；dAsDICi为海-气交换作用导致的海水DIC的变化量值；ρi为起始时刻ti的海水密度。
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| CN202310059443.7A Active CN116227993B (zh) | 2023-01-17 | 2023-01-17 | 一种海水吸收大气co2能力调控因子的评估方法 |
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001083053A (ja) * | 1999-09-14 | 2001-03-30 | Kimoto Denshi Kogyo Kk | 海水中に溶存する二酸化炭素分圧の測定装置 |
| CN106778056A (zh) * | 2016-12-05 | 2017-05-31 | 中山大学 | 一种海洋贝类养殖碳汇评估模型的构建方法及应用 |
| CN110954503A (zh) * | 2019-12-18 | 2020-04-03 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种海水溶解气体激光光谱的原位在线探测装置 |
| WO2022091107A1 (en) * | 2020-10-30 | 2022-05-05 | Sunit Tyagi | System and method for reducing temperature of water in coral reef and adjacent ocean |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005129088A (ja) * | 2005-02-18 | 2005-05-19 | Eco Purekkusu:Kk | 二酸化炭素排出権取引システム用管理装置 |
-
2023
- 2023-01-17 CN CN202310059443.7A patent/CN116227993B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2001083053A (ja) * | 1999-09-14 | 2001-03-30 | Kimoto Denshi Kogyo Kk | 海水中に溶存する二酸化炭素分圧の測定装置 |
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|---|
| "Monthly CO2 at A4HDYD station in a productive shallow marginal sea (Yellow Sea) with a seasonal thermocline: Controlling processes";Xuemei Xu等;《Journal of Marine Systems》;正文第2-9页 * |
| 东海海―气界面二氧化碳通量的季节变化与控制因素研究进展;曲宝晓;宋金明;袁华茂;李学刚;李宁;段丽琴;马清霞;陈鑫;;地球科学进展(07) * |
| 河流冲淡水CO2动态变化及其对陆架海区CO2源汇格局的影响：观测与模拟;赵化德;《中国优秀博士论文 工程科技I辑》;全文 * |
| 白令海BR断面海-气CO_2通量及其参数特征;高众勇;孙恒;陈立奇;;海洋学报(中文版)(06) * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116227993A (zh) | 2023-06-06 |
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