渤海和黄海海水中挥发性卤代烃的分布与海—气通量研究

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挥发性卤代烃(Volatile halocarbons, VHCs)是大气中一类重要的痕量温室气体,能造成臭氧层减少,并同时参与多种大气化学反应,对全球气候变化和大气环境产生重要影响。海洋是卤素的一个巨大储库,海水中挥发性卤代烃既有人为来源,也有天然来源。海洋界面层是海海—气气交换的重要场所,在全球尺度上,海洋既有可能是大气卤代烃的源,也有可能是其汇,具体到局部区域,特别是近岸海域,情况就更加复杂。因此全面开展海洋环境中VHCs的调查,并对在全球尺度上估算海洋对大气VHCs的贡献具有重要意义。本文以中国有代表性的陆架海渤海和黄海为研究目标,研究了这些海域海水中常见的6种VHCs的浓度分布特征和季节变化,对海海—气气通量的时空变化进行了分析,并初步探讨了各影响因素,为估算中国海域对全球大气和环境变化的贡献提供了科学依据。本论文的主要研究成果如下:(1)分别于2011年6月和2011年11海—气12月对渤海和北黄海海水中6种VHCs进行了调查,结果表明,春季渤海表层海水中CHCl3、CH3CCl3、C2HCl3、C2Cl4、CHBrCl2和CHBr2Cl6种VHCs的浓度分别为12.77(2.8032.44)、17.51(0.2869.52)、12.33(3.4434.91)、5.20(2.128.88)、5.33(0.6612.65)和7.79(0.5643.40)pmol/L,北黄海分别为19.01(8.0228.06)、11.12(2.7322.32)、17.22(0.5734.10)、7.90(2.5926.82)、5.19(0.5056.74)、和7.10(0.1224.28)pmol/L;秋季渤海表层海水中上述6种VHCs的浓度分别为8.75(0.2120.91)、14.94(7.0729.58)、9.23(2.8519.71)、4.99(2.3510.26)、5.18(0.1716.37)和4.33(0.1717.79)pmol/L,北黄海分别为16.20(0.3836.48)、9.91(2.7231.73)、7.79(1.5112.65)、5.01(1.5110.90)、4.89(0.1311.93)和3.11(0.977.49)pmol/L。春秋季节渤海和北黄海表层海水中6种VHCs浓度的季节变化均表现为春季大于秋季,不同VHCs的空间变化略有差异。各种VHCs之间及其与环境参数之间的线性回归分析表明,只有在秋季CHBrCl2和CHBr2Cl这2种物质间有一定的相关性。春季VHCs的垂直分布基本呈现出表层和底层大于中层的特征,秋季由于垂直混合比较均匀,VHCs的浓度在垂向分布上变化较小。春季和秋季黄河口附近B65站位,VHCs的周日变化呈现出下午至夜间浓度较高的特征。渤海和北黄海春秋季节6种VHCs的海—气通量变化范围都比较大,春季6种VHCs在渤海的海—气通量分别为5.75(-73.668.5)、78.96(-3.7414.3)、41.46(3.7147.4)、15.14(0.569.6)、20.18(0.567.2)和17.36(-0.06161.0)pmol/m2·d,在北黄海的海—气通量分别为28.24(-0.285.8)、19.12(1.267.9)、29.36(0.191.1)、12.69(0.654.2)、7.26(-0.227.7)和10.65(-0.3243.0)pmol/m2·d;秋季6种VHCs在渤海的海—气通量分别为27.36(-12.529.1)、50.30(3.7140.6)、34.00(5.3592.20)、8.19(1.0748.66)、9.85(-1.5141.0)和4.19(-1.747.7)pmol/m2·d,在北黄海的海—气通量分别为13.77(-79.4148.6)、74.98(0.02369.6)、80.79(0.03334.5)、13.74(-0.0953.36)、16.64(-1.055.7)和7.30(-0.0833.2)pmol/m2·d。海—气通量的计算结果表明,调查海域在调查期间是6种VHCs的源。相关性分析表明,春季CHCl3的通量主要受海气界面的浓度差(ΔC)控制,其余5种VHCs的通量主要受输送速率Kw控制;秋季CHCl3的通量也是主要受ΔC控制,CH3CCl3和C2HCl3的通量主要受Kw控制,C2Cl4、CHBrCl2和CHBr2Cl的通量同时受到Kw和ΔC两者的影响。(2)分别于2011年6月和2011年11-12月对南黄海表层海水中6种VHCs进行了调查,结果表明,春季南黄海表层海水中CHCl3、CH3CCl3、C2HCl3、C2Cl4、CHBrCl2和CHBr2Cl6种VHCs的浓度分别为7.92(1.2225.69)、10.24(2.2961.97)、18.86(3.1338.76)、5.70(0.8914.96)、9.30(0.3828.87)和13.45(4.4626.85)pmol/L,秋季分别为15.56(2.1582.33)、28.04(3.1074.57)、14.20(1.9424.37)、5.21(1.6911.04)、6.17(0.9216.09)和3.77(1.2010.76)pmol/L。春季在山东半岛南岸和江苏近岸VHCs浓度较高,在济州岛西部海域出现低值,秋季在济州岛西部VHCs浓度较高。春季南黄海6种VHCs的海—气通量分别为1.42(-17.346.6)、14.22(0.01199.2)、31.14(0.08138.7)、8.63(-0.0943.1)、11.56(-0.00448.0)和17.87(0.0467.0)pmol/m2·d,秋季其海—气通量分别为18.96(-27.6143.4)、72.02(0.3229.5)、38.02(1.8128.4)、8.36(-0.227.8)、14.97(0.0970.5)和6.18(0.531.4) pmol/m2·d。6种VHCs的海—气通量主要受风速影响。(3)不同海域表层海水中6种VHCs的浓度存在差异,春季CHCl3和CH3CCl3在南黄海的浓度最小,C2HCl3和C2Cl4在渤海的浓度最小,而CHBrCl2和CHBr2Cl的趋势相同,均为南黄海>渤海>北黄海。秋季6种VHCs的空间变化比较一致,CH3CCl3、C2HCl3、C2Cl4和CHBrCl2均在南黄海的浓度最高,CH3CCl3、C2HCl3、CHBrCl2和CHBr2Cl的浓度均在北黄海出现最小值,而CHCl3和C2Cl4的最小值出现在渤海。在季节变化上,相同海域中VHCs的浓度基本上是春季大于秋季。6种VHCs的海—气通量也表现出时空变化规律,春季CH3CCl3、C2HCl3、C2Cl4和CHBrCl2的海—气通量在渤海最高,秋季除CHCl3外,海—气通量均在北黄海最高。季节变化上,渤海VHCs海—气通量基本上是春季大于秋季,而在整个黄海海域,秋季VHCs的海—气通量均大于春季。
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