Picarro博客

美国海岸警卫队希利 (Healy) 号破冰船实施北极水循环和碳同位素循环研究:阿拉斯加楚科奇海,2016 年 7 月

博士杰夫·威尔克 (Jeff Welker) 博士和埃里克•克莱因 (Eric Klein) 博士
生物科学系
阿拉斯加大学安克雷奇分校

北极地区的水文循环和碳循环目前正随着气候变迁而不断变化,包括海冰覆盖范围及其厚度、北冰洋酸碱度 (pH 值) 以及初级生产力格局和食物网动力学模式方面发生的变化。此外,与海冰有关的蒸发过程变化正在影响着冬夏两季的降水特征以及更广泛的气候模式。举例来说,北极涡旋转移使更多北极气团抵达低纬度地区,这可能会导致美国东北部出现更频繁的极端天气事件。

北极水文循环和碳循环研究历来采用站基取样,包括在阿拉斯加周边的亚北极水域(例如阿拉斯加湾)和北极水域(例如楚科奇海和波弗特海)之间部署的浮标矩阵。在不断变化的北极地区,水文循环和碳循环的复杂性需要人们运用一种更佳的方法来量化这些局部性与全球性重要循环的基本属性与细微差别。为此,我们在第二年夏季为这艘美国海岸警卫队希利 (Healy) 号破冰船配备了 Picarro 仪器,以便收集水蒸汽和海水同位素(δ18O 和 δ2H)的原位实时连续数据及每个天气事件的降水样本。沿着拉斯加湾到北冰洋盆地(可达北纬 77 度,西径 158 度)的断面,我们还收集大气中的碳同位素 13CO213CH4

实施更高时间分辨率的测量,有助于人们了解北冰洋水文循环和碳循环的新模式。我们记录了海水蒸发时海冰对同位素分馏变化的影响。此外,亚北极水域和北冰洋水域沿着 1,000 余公里的南北断面正在逐渐萎缩。我们的测量结果描绘了海洋 CO2 同化的昼夜变化,这一变化趋势从南向北呈减弱趋势。同时,破冰航行期间 CH4 的偶发脉冲可能会潜在地反应出冰下海洋中 CH4 的积累情况以及海洋源 CH4 在开放水域的存在性。

我们在环境背景下实施原位同位素测量,并提供辐照度、海水温度、pCO2、叶绿素和盐度等一系列辅助性船基数据。此外,我们正与同事在表征深度约 2000 m 处海水同位素的特征方面展开密切合作,并建立海水同位素特征与底栖生物和浮游生物之间的联系。这些数据将有助于构建北极海洋系统(从微生物和浮游植物到鱼类)的 O/H 同位素模型。