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基于遥感和数值模式相结合的长江颗粒有机碳入海通量估算

王知泓   2020-11-05

      近日,我室与上海交通大学海洋学院联合培养博士生王知泓在国际遥感领域顶级期刊《Remote Sensing of Environment》发表了“基于遥感和数值模式相结合的长江颗粒有机碳入海通量估算”论文,通讯作者为我室白雁研究员。

      定量估算陆源颗粒有机碳(POC)在河口、陆架的输运和埋藏,是认识全球碳循环过程的重要问题。由于长江口水动力和生地化过程十分复杂,POC浓度具有高度的时空变异性,准确估算其有效入海通量具有极大的挑战。常规采样频率低的实测数据,难以反映河口POC浓度的动态变化,而水色遥感只能探测到水面的信息,不能获得POC浓度的垂向分布特征;在复杂河口及边缘海区域POC浓度的数值模拟和验证仍存在较大的难度。本研究提供了一种新的POC通量估算方法,即利用静止水色卫星GOCI逐小时资料反演获得表层水体POC浓度,结合FVCOM数值模型模拟得到的三维流场和泥沙垂向分布,实现了对长江POC入海通量的逐小时估算。
      利用该方法,我们得到了长江POC入海通量的长时序变化(图1),并定量认知了长江下游不同断面及口门外的输运通量(图2)。结果表明,大通、徐六泾和口门断面的POC通量分别为1.16±0.16 Tg C/yr,1.29±0.11 Tg C/yr和1.17±0.11 Tg C/yr,以徐六泾或大通断面估算长江河流入海有机碳通量会分别造成10.74%高估和4.13%低估。通过口门进入东海的POC有35.2%淤积在口门外的水下沙洲,52.9%往南输运,13.7%往北输出,而东断面整体表现为微弱的POC输入。
      高时空分辨率卫星遥感和数值模式相结合的方法,充分发挥了卫星遥感大面积表层观测和数值模型三维模拟的各自优势,减少了两者单独估算的不确定度。本研究以长江为例阐明了该方法的有效性,未来可进一步应用于全球其它大河系统和多种陆源物质入海通量的科学评估。

QQ截图20201105164238.jpg

图1 2012年1月至2017年12月大通、

徐六泾和口门月平均POC通量


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图2 2011年7月至2018年6月年平均长江POC

入海与扩散通量简图


论文引用:Wang, Z., Y. Bai*, X. He, B. Tao, T. Li, X. Chen, T. Wang, and F. Gong (2021), Estimating particulate organic carbon flux in a highly dynamic estuary using satellite data and numerical modeling, Remote Sensing of Environment, 252, 112116, doi:https://doi.org/10.1016/j.rse.2020.112116.