遥感在海洋碳源汇方面进展

计博文

(成都理工大学 四川 成都 610000)

当前，全球的温室效应引起的以CO2为主的温室气体排放而导致的生物圏礙循环过程的改变，使得生态系统碳循环研究备受关注。如今地球上海洋总面积约占地球表面积的71%。研究发现，海水储藏了38万亿吨碳，是陆地生态系统的19倍，是地球上最大的碳库，是大气重要的汇区，具有“碳吸存槽”的美誉[1]。主要表现为海气界面CO2交换、水体溶解/颗粒碳溶存及沉积物碳埋藏等方面[1-3,8]。目前学者们对于海洋碳源、碳汇的研究主要围绕其测量方法，来源和转换方式，空间分布等方面展开[4,5,7]。我国也构造了以黄海、东海为主要研究区域的以CO2海气交换、颗粒有机碳的储存和输出、河流运输等为主要研究内容的中国区域碳循环框架[7,8,14]。本文对碳源碳汇的研究进行系统阐述：

一、碳源和碳汇的定义

碳源与碳汇是两个相对的概念，碳源是指自然界中向大气释放碳的母体，碳汇是指自然界中碳的寄存。碳汇是吸收并储存二氧化碳的能力。碳源可用指产生二氧化碳之源，既来自自然界，也来自人类生产和生活过程。因而在CO2从海洋进入空气整体表现为碳源，从空气进入海洋表现为碳汇。此外，光合作用产生的颗粒有机碳以及河流运输过程中携存的沉积物碳都可以作为海洋碳汇的重要来源。

二、碳的测定

自上世纪90年代以来，学者对于研究海洋碳源、碳汇的转化和分布已形成了基本框架，在研究海气界面CO2交换时，采用非分散红外现场采样。Wanninkhof等提出的海气界面CO2分压差法[1]，鲁中明、戴民汉等采用的基于微气象学的涡动相关法等都能对海气界面CO2通量进行有效的测算[2]。元素分析法，溶解有机碳含量及其同位素测定法,多元线性回归法都运用在我国海域内空间分布和季节变化研究[3]。但是海、陆、气作为综合的循环系统，海域内的碳循环过程具有严密的层次性和诸多不确定性。因此大面积、高时效的对海洋与大气之间碳交换的观测已经成为全球碳循环研究者的追求。随着传感器探测性能的提高，海洋水色遥感信息得到广泛应用[1],顺利解决了现场长时间测量缺陷给研究带来的阻滞。自NASA于1978年初次发射首颗海洋卫星SEASAT以来，后续TOPEX卫星和SeaStar依次于1992年和1997年在美国发射，其分别用于海面地形测量和海洋生态学研究我国也从2002到2011年陆续发射了HY-1A/B和HY-2A三颗卫星，已初步建立海洋水色和海洋动力环境卫星监测系统[9]。此外如NOAA和FY系列气象卫星和中分辨率MODIS卫星也能为海洋探测提供可靠的数据支撑。

遥感对于海洋碳的测定是结合已有测量数据，基于已知影响因子进行参数化构建的定量模型。其中在海气界面CO2遥感方面：基于风速提出海气界面CO2通量计算公式，为研究海洋碳源汇的转化关系奠定了基础[1]。在此基础上，Else在单因子SST的基础上加入遥感黄色物质作为影响因子，模型估算值的RMS也由±13μatm降至±12μatm[4]。我国许苏清也在东海研究利用Chl-a与PCO2SW的线性关系(r2=0.85)得到较为理想的反演结果[5]。对于颗粒有机碳遥感：Stramski等利用443-555nm波段的反射率针对大洋水体在东太平洋南部和东大西洋建立了POC浓度的反演模型[6]。Son等针对墨西哥湾利用蓝绿波段遥感反射率建立了最大归一化碳指数POC浓度的反演方法[7]。Wang等利用我国珠江口海域赤潮数据，用蓝绿波段遥感反射率建立了区域适用的POC浓度反演模型[8]。

三、遥感在海洋碳研究的问题和展望

遥感技术实现了低成本、大范围、高实效的全球碳利用研究，逐渐发展为现代研究的重要手段。但是由于其改变了现场测量手段的传统数据来源过程，通过经验拟合的方法对直接控制参量进行参数化运算，存在不确定性，本文就其不足提出以下两点建议：

1.遥感产品的精度和不确定性来源分析需深入分析，还需要深入开展海洋遥感产品不确定性的数理方法研究，特别是产品生成过程中的时空尺度转化产生的变异研究。根据误差传递规律和对误差的贡献性建立海洋遥感产品不确定性和精度评价体系。

2.海洋碳的排放洗手作为一个复杂研究体系，受到水文、气象、海内地形等多要素的影响。目前海洋研究的手段还相对有限，目前只能针对区域内某一段海域进行定量化分析。并且相对于已有的简单的相关分析，较为复杂的海洋资源信息系统的建立还需要广大学者的更多的投入和参与。