亚北极到西北冰洋航线表层海水中N2O检测方案(同位素质谱仪)

亚北极到西北冰洋航线表层海水中N2O源汇特征 海洋N2O研究的意义： N2O是一种重要的温室气体，其温室效应约为 CO2的300倍(按分子计算)；同时也是目前排放率最大的消耗臭氧层物质。海洋是大气中重要的N2O来源，约占全球N2O的21%；自Craig和 Gordon ( 1963)首次对海洋 N2O进行研究以来，海洋N2O的研究得到广泛关注。极区海洋由于现场气候条件恶劣，科学研究受限，也是当前 N2O研究工作开展较少的区域之一，有研究显示，亚北极北大西洋区域存在全球目前唯一确认的N2O汇区，而南大洋则是 N2O 重要源区。因此，相关研究工作是气候变化认识中的重要内容，不容忽视。 技术创新对相关研究的推动作用 技术创新往往是研究取得突破的关键，早期N2O的研究工作主要应用气相色谱法。电子捕获检测器的应用极大的优化了该化合物的检出能力。随着温室气体的激光分析技术成功商业化应用，观测的精确度和分辨率得到了极大的提升，为海洋N2O 的研究工作的突破拓宽了空间。该技术在海洋研究的应用目前已经有少量报道。自然资源部第三海洋研究所在该领域也取得阶段性的进展。在中国第七次北极科学考察期间，相关研究团队应用自主集成的，基于激光衰荡技术的温室气体走航观 测系统，从白令海、楚科奇海到加拿大海盆，首次开展自动高分辨率N2O观测，系统测量了表层海水中的N2O，并测量了表层水的 CO2分压、溶解氧、盐度、温度和海冰覆盖率等相关参数。 勘测行程与仪器使用： 在2016年7月上旬至9月下旬进行的第七次北极科学考察期间，测量了沿走航路径在49°N至78°N 之间的表层海水中N2O浓度和 CO2浓度。研究区域如下图所示，走航路线用蓝线标记。雪龙号于7月16日离开鄂霍次克海，经阿留申弧线进入白令海，并于7月24日经白令海峡离开白令海进入楚科奇海。在楚科奇海海台进行站位采样后，这项工作中使用的数据收集工作于8月2日完成。 在仪器选择上采用的是美国 Picarro 公司 G5101-iN2O G2131-iCO2同位素分析仪组成的自动进样系统连续测量空气和表层海水中的 N2O 和CO2数据。房。仪器的设置如Zhan等人所述(2018)。简而言之，对自动进样系统进行了编程，可以自动切换测量水汽平衡器的顶空、大气气体样品，并进行自动校正，两瓶工作标气在实验室中利用 NOAA 标气进行标定。 从海平面下4.5m处的进水口抽出表层海水，流速约500 ml/min ， 水汽平衡器中闭路气体管路中样品气流速同样是500 ml/min。样品气以质量流量控制器控制的流速流经两个分析仪，以满足分析仪所需的流速，分析仪并联连接。将 N2O测量结果与在陆地实验室使用用相色谱仪(GC)获 得的结果进行了比较，结果表明，进行中的系统数据与通过 GC 获得的数据相差不到3%，表明这两种方法是彼此一致的。该方法的精密度优于0.5%。 结果与讨论： 不同的参数随沿走航距离绘制出的变化图：a.表层海水温度；b.表层海水N2O浓度；c.饱和度异常(SA)沿航线有八个最大值； d.由 AVHRR数据得到的6月与7月表层海水温度差异；e.表层海水 CO2分压；f.溶解氧饱和度。 除了在整个走航航迹上有几个最大值外，N2O浓度呈现出从11.0到~16.5nM增加的趋势，这是由于随着海温的降低，气体溶容度增加的结果。 上图表示的是表层海水中N2O浓度与表层海水温度之间的关系，红线是沿着航迹表层海水的N2O 溶解度。走航轨迹表现出 N2O 来源的整体特征，走航轨迹显示了整个N2O源的特征，走航轨 迹中几乎所有的表层海水都表现出 N2O过饱和，特别是在高、低温端。在低温端可以观察到不饱和现象。 在这项研究中，整个航行过程中的表层海水总体上是 N2O主要来源，结果发现了几处 N2O 过饱和区域和一处明显的不饱和区域(约90%的饱和度)，这可能是由于融冰稀释造成的。导致这些N2O 饱和度异常以及响应机制如下：(1)某些水文结构，例如辐聚，辐散和海洋锋面结构的存在将导致表层海水 N2O饱和度波动；(2)大陆架上的对流，将富含 N2O的底层水带至表层，导致N2O呈现过饱和现象，与此相对应，可观察到 CO2分压增加， DO (溶解氧)浓度值降低；(3)可能近表层水产生的N2O。海冰边缘区可能存在 N2O未知形成过程，但其机制有待进一步研究。海-气通量评估结果表明，大陆架呈现出沿走航航线最高的海气 N2O通量，这可能与上升流或垂直对流带来的富含N2O 的深水有关。白令海和楚科奇海大陆架可能是大气中重要的N2O来源，而北冰洋开阔海域由于海冰融化和随后的水层分层，在研究期间总体上没有显示出源汇特征。 如对该文章或此类应用有兴趣，欢迎联系我们： chenxf@cen-sun.com James@cen-sun.com 该文第一作者为自然资源部第三海洋研究所詹力力研究员。 论文链接： https：//aslopubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lno.11604 技术创新往往是研究取得突破的关键，早期N2O的研究工作主要应用气相色谱法。电子捕获检测器的应用极大的优化了该化合物的检出能力。随着温室气体的激光分析技术成功商业化应用，观测的精确度和分辨率得到了极大的提升，为海洋N2O的研究工作的突破拓宽了空间。该技术在海洋研究的应用目前已经有少量报道。自然资源部第三海洋研究所在该领域也取得阶段性的进展。在中国第七次北极科学考察期间，相关研究团队应用自主集成的，基于激光衰荡技术的温室气体走航观测系统，从白令海、楚科奇海到加拿大海盆，首次开展自动高分辨率N2O观测，系统测量了表层海水中的N2O，并测量了表层水的CO2分压、溶解氧、盐度、温度和海冰覆盖率等相关参数。