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huanghao7414 committed Apr 24, 2024
1 parent c3e690d commit b3cf29e
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\chapternonum{作者简历}


\begin{enumerate}
\item 个人情况

黄浩,男,1998年出生,安徽宣城人

\begin{tabular}{p{0.25\textwidth}p{0.2\textwidth}p{0.25\textwidth}p{0.25\textwidth}}
2017.09-2021.06 & 浙江大学 & 农业资源与环境 & 学士 \\
2021.09-至今& 浙江大学 & 资源与环境 &攻读硕士\\
\end{tabular}

\item 科研经历\\
2023年11月参加第十二届水色遥感大会
\item 科研成果\\
《Revisiting winter Southern Ocean CO2 uptake based on CALIPSO observations》,目前在审稿阶段。
\end{enumerate}

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\section{研究背景与意义}
\subsection{研究背景}
全球变暖是我们当下最关注的热点之一,自农业变革和工业革命以来,人们对能源的需求持续增长,大量化石燃料被消耗,导致大气中温室气体含量大幅上升,研究表明$\rm CO_2$浓度已增加40\%,空气中$\rm CO_2$浓度从1750年的278ppm(1ppm等于百万分之一)增加到2023年10月的418.64ppm,并且以每年0.4\%的速度增加\cite{lan2024trends,JDYZ200103003}。这种温室气体的增加将加速全球变暖的进程,可能导致冰川融化、海平面上升、极端天气事件增加和生物多样性丧失,对地球生态系统、气候以及人类生活将产生深远影响\cite{陈立奇2004北极地区碳循环研究意义和展望,RASOOL_DE_BERGH_1970,Haines_2003,苏茜2017,ZKJZ200907010}。因此,深入研究碳循环变化显得尤为重要。
全球变暖已成为备受关注的重要议题之一,自农业变革和工业革命以来,人们对能源的需求持续增长,大量化石燃料被消耗,导致大气中温室气体含量大幅上升,研究表明$\rm CO_2$浓度已增加40\%,空气中$\rm CO_2$浓度从1750年的278ppm(1ppm等于百万分之一)增加到2023年10月的418.64ppm,并且以每年0.4\%的速度增加\cite{lan2024trends,JDYZ200103003}。这种温室气体的增加将加速全球变暖的进程,可能导致冰川融化、海平面上升、极端天气事件增加和生物多样性丧失,对地球生态系统、气候以及人类生活将产生深远影响\cite{陈立奇2004北极地区碳循环研究意义和展望,RASOOL_DE_BERGH_1970,Haines_2003,苏茜2017,ZKJZ200907010}。因此,深入研究碳循环变化显得尤为重要。

海洋在全球碳循环中发挥着关键作用,是最大的非地质性碳储存库,其储存量比大气多50倍,比生物圈多20倍\cite{陈立奇2004北极地区碳循环研究意义和展望,SJKF200204011}。当前的研究估计显示,1800年到1994年间全球海洋每年吸收的$\rm CO_2$净通量约为1.5$\pm$0.5Pg(1Pg= $10^{15}$g),且全球海洋吸收的人为排放的$\rm CO_2$总量约为118$\pm$19亿吨,占化石燃料和机械制造排放总量的48\%\cite{Sabine_2004}。海洋在缓解全球气候变化方面发挥了重要作用\cite{DXJZ201204005},但是海洋吸收$\rm CO_2$的过程也带来了一些问题,比如当$\rm CO_2$溶解在海水中,会生成碳酸并电离出氢离子,使海水变酸,pH值降低,这对海洋生物造成了威胁,对整个生态环境也造成了影响\cite{海水酸化对海洋生物影响的研究进展,升温耦合酸化对大型海藻灾害种氮响应与吸收机制研究,苏茜2017,JDYZ201603011}。
海洋是最大的非地质性碳储存库,在全球碳循环中扮演着至关重要的角色,其储存量比大气多50倍,比生物圈多20倍\cite{陈立奇2004北极地区碳循环研究意义和展望,SJKF200204011}。当前的研究估计显示,1800年到1994年间全球海洋每年吸收的$\rm CO_2$净通量约为1.5$\pm$0.5Pg(1Pg= $10^{15}$g),且全球海洋吸收的人为排放的$\rm CO_2$总量约为118$\pm$19亿吨,占化石燃料和机械制造排放总量的48\%\cite{Sabine_2004}。海洋在缓解全球气候变化方面发挥了重要作用\cite{DXJZ201204005},但是海洋吸收$\rm CO_2$的过程也带来了一些问题,比如当$\rm CO_2$溶解在海水中,会生成碳酸并电离出氢离子,使海水变酸,pH值降低,这对海洋生物造成了威胁,对整个生态环境也造成了影响\cite{海水酸化对海洋生物影响的研究进展,升温耦合酸化对大型海藻灾害种氮响应与吸收机制研究,苏茜2017,JDYZ201603011}。

因此了解海洋碳循环的过程十分重要,能够帮助我们更好地研究全球碳循环过程和气候变化,为制定应对气候变化的政策和措施提供科学依据。

\subsection{南大洋中\texorpdfstring{$p\mathrm{CO_2}$}{}的研究意义}
海洋与大气间的$\rm CO_2$交换受到多种因素的影响,其中包括热力效应、物理混合、生物活动和气体交换等\cite{clargo2015rapid,周洁_2014,陈鑫2012,lefevre2002estimating}。为了更准确地评估海-气$\rm CO_2$交换的强度,需要分别关注海洋表面和大气中的$\rm CO_2$分压($p\rm CO_2$, partial pressure of $\rm CO_2$)。该参数表示单位体积的流体中$\rm CO_2$气体的浓度,一般以压力单位$\rm \mu atm$(1 $\rm \mu atm$ 为百万分之一标准大气压)表示。大气中的$p\rm CO_2$一般用$p\rm CO_2^{air}$$p\rm CO_2$ in the atmosphere)表示,其值与人类活动息息相关;海洋表面的$p\rm CO_2$ 一般用$p\rm CO_2^{sea}$$p\rm CO_2$ in the sea)表示,本文中无特殊说明,$p\rm CO_2$ 即指海表的$p\rm CO_2$

$\rm CO_2$分压差($\Delta p\rm CO_2$)是评判海洋吸收$\mathrm{CO_2}$还是排放$\mathrm{CO_2}$的重要参考,其计算公式为$\Delta \mathit{p}\rm{CO_2} = \mathit{p}\rm{CO_2^{sea}} - \mathit{p}\rm{CO_2^{air}}$,若$\Delta p \rm{CO_2}>0 $,即$p\rm CO_2^{sea}$ > $p\rm CO_2^{air}$,海洋中的$\rm CO_2$分压大于大气中的$\rm CO_2$分压,海洋向大气中放出$\rm CO_2$,我们一般称之为$\rm CO_2$ 的“源”,反之,称为$\rm CO_2$的“汇”。海-气$\rm CO_2$通量($\mathrm{CO_2}$\ $flux$)是用于衡量海-气$\rm CO_2$交换大小的物理量,定义为单位时间单位面积上海洋界面和大气$\rm CO_2$的净交换量。 $\Delta p \rm CO_2$结合海-气交换系数可进一步计算得到$\rm CO_2$通量。根据Global carbon budget 2023的估算\cite{budget2023global},在2013-2023年的十年间平均海洋$\rm CO_2$汇约为2.9$\pm$ 0.4$\rm GtC yr^{-1}$,占据了$\rm CO_2$总排放量的26\%\cite{budget2023global}。海表$p\rm CO_2$的地理和季节变化显著超过大气中$p\rm CO_2$的变化,因此,海-气$\rm CO_2$输送通量的规模和方向主要受海表$p\rm CO_2$的影响,其也是多年来研究的重点。通过对$p\rm CO_2$ 的监测和分析,可以了解海洋中$\rm CO_2$的分布和变化趋势,进而研究海洋碳循环的过程和机制。因此,准确地估算和预测海洋碳通量需要准确的$p\rm CO_2$数据,再通过分析海洋中$p\rm CO_2$的空间分布和变化趋势,我们可以揭示海洋对$\rm CO_2$的吸收和释放过程,进而预测和评估海洋对全球碳循环的影响。

近些年的研究结果表明\cite{khatiwala2009reconstruction,devries2014oceanic},南大洋是全球海域中重要的碳汇区域,其占据了全球海洋面积的25\%却能够吸收占据全球海域吸收总量的40\%以上的人为$\rm CO_2$。海洋生物化学模式和基于观测的结果\cite{hauck2013seasonally}均表明,20世纪90年代,由于西风的增强以及富含碳和营养的深层水上涌加剧南大洋碳汇增长停滞,21世纪初的南大洋碳汇出现复兴迹象,到2012年,南大洋已经恢复了基于大气$\rm CO_2$预测的强度\cite{landschutzer2015reinvigoration}。作为一个重要的碳汇,南大洋在调节海洋与大气中的$\rm CO_2$交换中发挥着关键的作用,但是由于极地高纬度地区实测数据的有限和分布的稀缺,基于海表观测的数据和大气反演的结果显示仍然存在不确定性\cite{Global_Carbon_Budget_2022},因此更加清晰的南大洋碳汇变化趋势对于全球气候变化来说显得十分重要。
$\rm CO_2$分压差($\Delta p\rm CO_2$)是评判海洋吸收$\mathrm{CO_2}$还是排放$\mathrm{CO_2}$的重要参考,
其计算公式为$\Delta \mathit{p}\rm{CO_2} = \mathit{p}\rm{CO_2^{sea}} - \mathit{p}\rm{CO_2^{air}}$
$\Delta p \rm{CO_2}>0 $,即$p\rm CO_2^{sea}$ > $p\rm CO_2^{air}$,海洋中的$\rm CO_2$分压大于大气中的$\rm CO_2$分压,
海洋向大气中放出$\rm CO_2$,一般称这种海域为$\rm CO_2$ 的“源”,反之,称之为$\rm CO_2$的“汇”。
海-气$\rm CO_2$通量($\mathrm{CO_2}$\ $flux$)是用于衡量海-气$\rm CO_2$交换规模的物理量,
定义为单位时间单位面积上海洋界面和大气$\rm CO_2$的净交换量,在海洋碳循环中起着重要作用。
$\Delta p \rm CO_2$结合海-气交换系数可进一步计算得到$\rm CO_2$通量。
根据Global carbon budget 2023的估算\cite{budget2023global},在2013-2023年的十年间平均海洋$\rm CO_2$汇约为2.9$\pm$ 0.4$\rm GtC yr^{-1}$,占据了$\rm CO_2$总排放量的26\%\cite{budget2023global}。海表$p\rm CO_2$的地理和季节变化显著超过大气中$p\rm CO_2$的变化,因此,海-气$\rm CO_2$输送通量的规模和方向主要受海表$p\rm CO_2$的影响,其也是多年来研究的重点。通过对$p\rm CO_2$ 的监测和分析,可以了解海洋中$\rm CO_2$的分布和变化趋势,进而研究海洋碳循环的过程和机制。因此,准确地估算和预测海洋碳通量需要准确的$p\rm CO_2$数据,再通过分析海洋中$p\rm CO_2$的空间分布和变化趋势,我们可以揭示海洋对$\rm CO_2$的吸收和释放过程,进而预测和评估海洋对全球碳循环的影响。

近些年的研究结果表明\cite{khatiwala2009reconstruction,devries2014oceanic},南大洋是全球海域中重要的碳汇区域,
其面积虽然仅占全球海洋总面积的25\%,但却能够吸收超过40\%的全球海洋人为$\mathrm{CO_2}$排放量。
海洋生物化学模式和基于观测的结果\cite{hauck2013seasonally}均表明,20世纪90年代,由于西风的增强以及
富含碳和营养的深层水上涌加剧南大洋碳汇增长停滞,到21世纪初南大洋碳汇才出现复兴迹象,到2012年,
南大洋已经恢复了基于大气$\rm CO_2$预测的强度\cite{landschutzer2015reinvigoration}。作为一个重要的碳汇,南大洋在调节海洋与大气中的$\rm CO_2$交换中发挥着关键的作用,但是由于极地高纬度地区实测数据的有限和分布的稀缺,基于海表观测的数据和大气反演的结果显示仍然存在不确定性\cite{Global_Carbon_Budget_2022},因此更加清晰的南大洋碳汇变化趋势对于全球气候变化来说显得十分重要。

% \subsection{使用遥感数据反演南大洋中$\rm CO_2$分压的意义}
\subsection{使用遥感数据反演南大洋中 \texorpdfstring{$p\mathrm{CO_2}$}{}的意义}
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