Център за измерване и анализ на околната среда, Национален институт за екологични изследвания, Цукуба, Япония

Автор-кореспондент: Y. Yokouchi, Център за измерване и анализ на околната среда, Национален институт за екологични изследвания, 16-2 Onogawa, Tsukuba, Ibaraki 305‐8506, Япония. ([email protected]) Потърсете още статии от този автор

Център за глобални екологични изследвания, Национален институт за екологични изследвания, Цукуба, Япония

Клон за наука и технологии, Околна среда Канада, Торонто, Онтарио, Канада

Център за австралийски изследвания на времето и климата, CSIRO морски и атмосферни изследвания, Aspendale, Виктория, Австралия

Център за измерване и анализ на околната среда, Национален институт за екологични изследвания, Цукуба, Япония

Център за глобални екологични изследвания, Национален институт за екологични изследвания, Цукуба, Япония

Център за глобални екологични изследвания, Национален институт за екологични изследвания, Цукуба, Япония

Изследователски институт за опазване на околната среда в Нагано, Нагано, Япония

Център за глобални екологични изследвания, Национален институт за екологични изследвания, Цукуба, Япония

Център за измерване и анализ на околната среда, Национален институт за екологични изследвания, Цукуба, Япония

Автор-кореспондент: Y. Yokouchi, Център за измерване и анализ на околната среда, Национален институт за екологични изследвания, 16-2 Onogawa, Tsukuba, Ibaraki 305‐8506, Япония. ([email protected]) Потърсете още статии от този автор

Център за глобални екологични изследвания, Национален институт за екологични изследвания, Цукуба, Япония

Клон за наука и технологии, Околна среда Канада, Торонто, Онтарио, Канада

Център за австралийски изследвания на времето и климата, CSIRO морски и атмосферни изследвания, Aspendale, Виктория, Австралия

Център за измерване и анализ на околната среда, Национален институт за екологични изследвания, Цукуба, Япония

Център за глобални екологични изследвания, Национален институт за екологични изследвания, Цукуба, Япония

Център за глобални екологични изследвания, Национален институт за екологични изследвания, Цукуба, Япония

Изследователски институт за опазване на околната среда в Нагано, Нагано, Япония

Център за глобални екологични изследвания, Национален институт за екологични изследвания, Цукуба, Япония

Резюме

[1] Предполага се, че емисиите на летливи органични съединения (ЛОС) от океана могат да бъдат повлияни от глобалното затопляне, с обратни ефекти върху климата. За да се открият промени в техните емисии като отговор на глобалните промени в околната среда, са необходими дългосрочни наблюдения. Тук докладваме за първи път дългосрочни вариации на атмосферния метил йодид (CH3I), най-разпространеното йодсъдържащо съединение, преобладаващо излъчено от океана. Наблюдавахме неговата концентрация периодично в пет отдалечени обекта, покриващи 82,5 ° С – 40,4 ° Ю.ш. и над западната и северната част на Тихия океан от края на 90-те до 2011 г. На повечето места за наблюдение CH3I се увеличи от 2003/2004 до 2009/2010 с няколко десетки от процента, с тенденция на намаляване преди 2003 г. Междугодишният модел на вариация е добре апроксимиран от синусова крива с период от 11 години и показва добра корелация с Тихоокеанското десетично колебание (ЗНП), което предполага, че емисиите на CH3I са засегнати по глобален мащаб, свързани с температурата на морската повърхност (SST), десетични аномалии. Влиянието на природните колебания или промените в околната среда върху емисиите на следи от газове от океана може да е по-голямо, отколкото се смяташе по-рано, и по този начин тези емисии могат да бъдат чувствителни към бъдещите климатични промени.

1. Въведение

[2] Различни ЛОС се излъчват от океана в атмосферата и някои от тях играят важна роля в атмосферната химия, в глобалното циклиране на елементите и по този начин в глобалната среда [ Carpenter et al., 1999; Covert et al., 1992; Месхидзе и Ненес, 2006; Montzka и сътр., 2011; О'Дауд, 2002]. Следователно как техните емисии се влияят от изменението на климата и ефекта от промените в емисиите върху климата са от голямо безпокойство повече от 20 години [ Андреа, 1990; Charlson et al., 1987; Denman et al., 2007; О'Дауд и Де Лиу, 2007]. Не са показани обаче фактически реакции на ЛОС на промените в околната среда в световен мащаб, главно поради ограничения брой дългосрочни измервания и трудностите при откриване на междугодишните промени в океанските емисии, които могат да бъдат прикрити от техните големи сезонни и пространствени вариации.

[3] Сред морските ЛОС в атмосферата, CH3I е особено важен като носител на йод от океана до сушата [ Ловелок, 1975], както и аерозолен предшественик [ Chameides и Davis, 1980; О'Дауд, 2002]. Въпреки че атмосферният CH3I е относително краткотраен (няколко дни), той е широко разпространен в световен мащаб; като цяло, концентрациите на CH3I показват плавен ширинен градиент и псевдо-синусоидална сезонна вариация [ Cox et al., 2005; Yokouchi et al., 2001; Yokouchi et al., 2008]. Докато основните производители на CH3I в океана остават неясни сред биологичните [ Amachi и сътр., 2001; Манли и Дастоор, 1988] и фотохимични източници [ Мур и Зафириу, 1994], е напълно сигурно, че производството му е силно положително свързано със SST [ Чък и сътр., 2005; Cohan et al., 2003; Ooki et al., 2010; Wang et al., 2009; Yokouchi et al., 2001]. Това предполага, че емисиите на CH3I могат да бъдат увеличени от глобалното затопляне. Познаването на дългосрочните промени в морските емисии на CH3I е важно за оценка на това как морските органични газове могат да бъдат повлияни от изменението на климата.

[4] Тук докладваме дългосрочни вариации на атмосферния CH3I на различни места в света, показващи неговата силна декадна промяна, която е добре корелирана с Тихоокеанското десетично колебание (PDO).

2. Наблюдение

дългосрочни

3. Резултати и дискусия

[7] Междугодишните вариации на атмосферния CH3I изглеждат по-скоро като синусоидално трептене и синусоидалните криви за период от 11 години са добре приспособени от най-малките квадрати към четирите набора от данни (Фигура 3): Alert, r = 0,77 (стр [8] Един десетичен параметър, свързан със SST, е Тихоокеанското десетично колебание (PDO) [ Мантуа и Заек, 2002], което се определя като водещ основен компонент на променливостта на SST в северната част на Тихия океан (северно от 20 ° с.ш.). ЗНП вероятно влияе върху екосистемите на Тихия океан, като генерира или модифицира климатични вариации на интердекадален времеви мащаб [ Мантуа и Заек, 2002; Mantua et al., 1997]. Положителната фаза на индекса на PDO (предоставена от Н. Mantua на http://jisao.washington.edu/pdo) е свързана с аномално студени централно-западно-тихоокеански SST и топли източни тихоокеански SST, а отрицателната фаза с противоположни условия . Повечето от нашите точки за вземане на проби са в райони, където SST е по-топъл от нормалното, когато PDO индексът е отрицателен (фигура http: //jisao.washington.edu/pdo). Моделът на вариация на обратния на PDO индекса през периода на изследване (Фигура 4) обикновено е подобен на моделите на вариация на средногодишната концентрация на CH3I в четирите наземни станции (Фигура 3), r = 0,70 (стр

[9] В допълнение към прекия SST ефект, значителният спад на покритието на арктически морски лед през последните години [ Kinnard et al., 2011] може да е довело до засилена емисия на CH3I от океана близо до Alert, което да доведе до по-високи концентрации на CH3I там през лятото, когато преносът на CH3I на дълги разстояния от средните ширини е намален от бързото фоторазлагане.

[10] При липса на дългосрочни промени в фотолитичния разпад на CH3I в атмосферата, тенденцията в емисиите на CH3I от океана трябва да бъде подобна на тази при атмосферните концентрации на CH3I, т.е. вариация от няколко десетки на цента за десетилетие, корелирани със ЗНП. Типичната разлика на аномалията на SST между топлата и хладната фази на PDO е не повече от 1,4 ° C (фигура на http://jisao.washington.edu/pdo), докато връзката между вариациите на ширината на атмосферните CH3I и SST предполага само 3% увеличение на емисиите на CH3I на 1 ° C [ Yokouchi et al., 2001]. В някои специфични океански райони обаче се наблюдава много по-голям отговор на концентрацията на CH3I в морската вода на SST [ Чък и сътр., 2005; Ooki et al., 2010], което възлиза на 33% увеличение на градус в субтропичните води от 12 на 25 ° северна ширина по 155 ° изток [ Ooki et al., 2010]. Следователно, проучвания, фокусирани върху производствения механизъм на CH3I и неговите контролиращи фактори в такива области, ще ни дадат ключова информация за прякото или непрякото влияние на SST върху наблюдаваната голяма декадна промяна на емисиите на CH3I.

[11] Въпреки големите сезонни и пространствени вариации на атмосферните концентрации на CH3I, в това проучване ние успешно открихме дългосрочна тенденция, показваща десетични колебания, които бяха добре свързани с PDO. Тази констатация предполага, че емисиите на морски газове могат да бъдат чувствителни към бъдещите промени в климата, като предполага значението на възможните им ефекти на обратна връзка за климата. Все още са необходими систематични измервания в световен мащаб на ЛОС от морски произход, не само за прогнозиране на техните биогеохимични ефекти на обратна връзка, но и за откриване на текущи промени в системата океан-атмосфера.

Благодарности

[12] Благодарим на персонала на метеорологичната служба на Канада в станцията за наблюдение на сигнала и на персонала на австралийското бюро по метеорология на изходната станция Cape Grim и на персонала на CSIRO в морските и атмосферни изследвания за тяхната помощ при събирането и доставката на проби до NIES. Също така благодарим на Шигеру Кария, Томоясу Ямада, Томоко Ноджири от Фондацията за глобален екологичен форум (GEFF) за помощта при вземането на проби от кораба в Тихия океан; Нобукаду Ода и Фуджио Шимано от GEFF за помощта при вземането на проби на остров Хатерума и нос Очийши; и Tsutomu Harada, Toshimi Tsuchiya, Hikaru Satsumabayashi и персонала на Научноизследователския институт за опазване на околната среда в Нагано за помощта им при вземането на проби в Happo Ridge. Също така благодарим на собствениците, капитаните и екипажите на M/S Скаугран, ГОСПОЖИЦА Алигатор Надежда, ГОСПОЖИЦА Пиксис, ГОСПОЖИЦА Скаубрин, ГОСПОЖИЦА Fuji Transworld, и M/S Преобразуване на Фуджи 5 за подпомагане на събирането на проби в северния и тихия океан на Тихия океан.

[13] Редакторът благодари на двама анонимни рецензенти за тяхното съдействие при оценяването на тази статия.

  • Amachi, S., Y. Kamagata, T. Kanagawa и Y. Muramatsu (2001), Бактериите посредничат при метилирането на йод в морска и сухоземна среда, Приложение Околна среда. Микробиол., 67 (6), 2718 - 2722, doi: 10.1128/AEM.67.6.2718‐2722.2001.

Брой пъти цитирани според CrossRef: 23

  • E. Raddaoui, P. Soulard, M. Guinet, H. Aroui, D. Jacquemart, Измервания и моделиране на коефициенти за разширяване на въздуха за лентата ν6 на CH3I, Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 10.1016/j.jqsrt.2020.106934, (106934), (2020).

крайбрежно и вътрешно място в Сабах, Малайзийско Борнео, Дискусии за атмосферната химия и физика, 10.5194/acpd-14-1919-2014, 14., 2, (1919-1969), (2014).