محیط زیست و توسعه فرابخشی
مجله علمی

ارزیابی تغییرات در شدت چاهه و چشمه‌های دی‌اکسیدکربن در دریاهای غرب آسیا

نوع مقاله : مقاله علمی - پژوهشی

نویسندگان

منا ضرغامی پور 1
حسین ملکوتی 1
محمد هادی بردبار 2

1 گروه علوم جوی و اقیانوسی، دانشکده علوم و فنون دریایی، دانشگاه هرمزگان، ایران

2 موسسه تحقیقات دریای بالتیک لیبنیس، آلمان

https://doi.org/10.22034/envj.2024.408490.1302
چکیده
مقدمه: تجمع روز افزون CO2 در جو به دلیل تأثیرات بالقوه آن بر تغییرات آب و هوای جهانی آینده و تغییرات در چاهه اقیانوسی CO2 انسان­ساخت، یکی از مهم‌ترین نگرانی‌های محیط­زیستی است. گسیل گازهای گلخانه‌ای انسان­­ساخت در منطقه خاورمیانه و نواحی شرق مدیترانه از دهه 1950 به­ طور چشمگیری افزایش یافته است. اقیانوس‌ها مهم‌ترین منبع ذخیره‌ی کربن بر روی زمین هستند. فهم تغییرپذیری مکانی-زمانی در تبادلات CO2 جو- دریا (FCO2) و محرک‌های کنترلی آن برای برآورد قابلیت آسیب­پذیری اقیانوس‌ها و کمی‌کردن ظرفیت آن‌ها برای ذخیره کربن در شرایط اقلیمی آینده ضروری است. این مطالعه سعی در بررسی تغییرات مکانی و زمانی فشار جزئی سطح دریا (PCO2) و FCO2 را در دریاهای خلیج‌فارس، دریای سرخ، دریای خزر، دریای عرب و دریای مدیترانه طی سال‌های 1982-2019 دارد. هم‌چنین در این پژوهش، محرک‌های کنترل تغییرپذیری فصلی PCO2 سطح دریاها بررسی خواهد شد.
مواد و روش‌ها: در این پژوهش جهت بررسی تغییرات مکانی و زمانی شار CO2 جو- دریا از داده‌های مؤسسه ماکس پلانک استفاده شده است. تخمین زمانی و مکانی این داده‌ها از برازش یک مدل تشخیصی زیست- زمین- شیمی لایه آمیخته اقیانوس بر داده‌های فشار جزئی CO2 سطح اقیانوس به­دست آمده است. به منظور بررسی محرک‌های کنترل تغییرپذیری FCO2 و PCO2، از داده‌های باز تحلیل دما و سرعت باد استفاده شده است. هم‌چنین جهت بررسی محرک‌های کنترل تغییر پذیری PCO2 در هر پیکسل اثر مؤلفه حرارتی به معنی تغییرات دما و اثر مؤلفه غیرحرارتی به معنی اثر تغییر در گردش‌ها، اختلاط قائم، تغییرات زیستی، تغییرات کربن معدنی حل شده و خیزش آب محاسبه شده است.
نتایج: شار CO2 تا مقدار g C m-2 year-1 50 بر روی نواحی غربی دریای عرب برآورد شده است. دریای سرخ به صورت میانگین در تمام فصول سال چشمه CO2 است، به جز نواحی شمالی آن که در فصول زمستان و بهار چاهه CO2 است. شدت چاهه CO2 در دریای خلیج فارس و نواحی غرب دریای مدیترانه با روند تا مقادیر g C m-2 yr-1 decade-1 5/1- افزایش و در نواحی شرق دریای مدیترانه و دریای سیاه کاهش یافته است. شدت چشمه CO2 در بیشتر دریاها از جمله دریای عرب، دریای سرخ و نواحی مرکزی دریای مدیترانه در طول دوره مورد مطالعه کاهش یافته است. دما مهم‌ترین محرک چرخه‌ی فصلی PCO2 در دریای مدیترانه، خزر، خلیج­ فارس و دریای سرخ است. در نواحی مرکزی دریای سرخ و نواحی جنوبی خلیج فارس علاوه بر اثر محرک دما، اثر مؤلفه غیرحرارتی هم نقش مهمی دارد. تغییرات شار CO2 بر روی دریاهای غرب آسیا از الگوی فشار جزئی CO2 سطح دریا پیروی می‌کند. شار CO2 همبستگی بالای 80/0+ با سرعت باد در نواحی غربی دریای عرب دارد که در ارتباط با مونسون تابستانه است. مقادیر بالای PCO2، (µatm 500) و در نتیجه شار CO2 (g C m-2 year-1 140) بر روی شمال غرب دریای عرب در فصل تابستان به علت خیزش آب‌های غنی از CO2 از سطوح زیرین ناشی از مونسون است.
بحث: بیشترین تغییرات در غرب دریای عرب مشاهده شد. در واقع، این منطقه برای کشورهای ساحلی از اهمیت اجتماعی- اقتصادی بالایی برخوردار است و ساکنان آن برای امرار معاش خود به شدت به ماهیگیری وابسته هستند. این امر بر نیاز فوری به مدیریت مبتنی بر علم در این منطقه برای کاهش اثرات گرمایش جهانی انسانی تأکید می‌کند.

کلیدواژه‌ها

شار CO2
خلیج فارس
مدیترانه
دریای سرخ

موضوعات

  1. Ali, E.B., Skjelvan, I., Omar, A.M., Olsen, A., de Lange, T.E., Johannessen, T. and Elageed, S., 2021. Sea surface PCO2       variability and air-sea CO2 exchange in the coastal Sudanese Red Sea. Regional Studies in Marine Science, 44, 101796.‏https://doi.org/10.1016/j.rsma.2021.101796
  2. Bakker, D.C., Pfeil, B., Smith, K., Hankin, S., Olsen, A., Alin, S.R. and Watson, A.J., 2014. An update to the Surface Ocean CO 2 Atlas (SOCAT version 2). Earth System Science Data, 6, 69-90. https://doi.org/10.5194/essd-6-69-2014‏
  3. Ballantyne, A.Á., Alden, C.Á., Miller, J.Á., Tans, P.Á. and White, J.W.C., 2012. Increase in observed net carbon dioxide uptake by land and oceans during the past 50 years. Nature, 488, 70-72.‏ https://doi.org/10.1038/nature11299
  4. Belda, M., Holtanová, E., Halenka, T. and Kalvová, J., 2014. Climate classification revisited: from Köppen to Trewartha. Climate research, 59, 1-13. DOI: https://doi.org/10.3354/cr01204
  5. de Verneil, A., Lachkar, Z., Smith, S. and Lévy, M., 2021. Evaluating the Arabian Sea as a regional source of atmospheric CO2: seasonal variability and drivers. Biogeosciences Discussions, 1-38.‏ https://doi.org/10.5194/bg-19-907-2022
  6. Dimitriou, K., Bougiatioti, A., Ramonet, M., Pierros, F., Michalopoulos, P., Liakakou, E. and Mihalopoulos, N., 2021. Greenhouse gases (CO2 and CH4) at an urban background site in Athens, Greece: Levels, sources and impact of atmospheric circulation. Atmospheric Environment, 253, 118372. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2021.118372
  7. Düing, W. and Leetmaa, A., 1980. Arabian Sea Cooling: A Preliminary Heat Budget. Journal of Physical Oceanography, 10, 307–312. https://doi.org/10.1175/1520-0485(1980)010<0307:ascaph>2.0.co;2
  8. Emerson, S. and Hedges, J., 2008. Chemical oceanography and the marine carbon cycle. Cambridge University Press.
  9. Findlater, J., 1969. A major low‐level air current near the Indian Ocean during the northern summer. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 95(404), 362–380. https://doi.org/10.1002/qj.49709540409
  10. Giannakopoulou, E.M. and Toumi, R., 2012. The Persian Gulf summertime low-level jet over sloping terrain. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 138, 145–157. https://doi.org/10.1002/qj.901
  11. Gruber, N., Clement, D., Carter, B.R., Feely, R.A., Van Heuven, S., Hoppema, M. and Monaco, C.L., 2019. The oceanic sink for anthropogenic CO2 from 1994 to 2007. Science, 363, 1193-1199.‏ DOI: 10.1126/science.aau5153
  12. Gütschow, J., Jeffery, M.L. and Gieseke, R., 2019. The PRIMAP-hist national historical emissions time series (1850-2016). V. 2.0.‏
  13. Gütschow, J., Jeffery, M.L., Gieseke, R., Gebel, R., Stevens, D., Krapp, M. and Rocha, M., 2016. The PRIMAP-hist national historical emissions time series. Earth System Science Data, 8, 571-603. https://doi.org/10.5194/essd-8-571-2016
  14. Izumo, T., Montégut, C.B., Luo, J.J., Behera, S.K., Masson, S. and Yamagata, T., 2008. The role of the western Arabian Sea upwelling in Indian monsoon rainfall variability. Journal of Climate, 21, 5603-5623.‏ https://doi.org/10.1175/2008JCLI2158.1
  15. Jayaram, C. and Jose, F., 2022. Relative dominance of wind stress curl and Ekman transport on coastal upwelling during summer monsoon in the southeastern Arabian Sea. Continental shelf research, 244, p.104782. https://doi.org/10.1016/j.csr.2022.104782
  16. Johnson, M.T. and Liss, P.S., 2014. Ocean-atmosphere interactions of gases and particles. Springer Nature. pp.118-119
  17. Kalnay, E., Kanamitsu, M., Kistler, R., Collins, W., Deaven, D., Gandin, L. and Joseph, D., 2018. The NCEP/NCAR 40-year reanalysis project. In Renewable energy (pp. Vol1_146-Vol1_194). Routledge.‏
  18. Keeling, C.D., Piper, S.C. and Heimann, M., 1989. A three‐dimensional model of atmospheric CO2 transport based on observed winds: 4. Mean annual gradients and interannual variations. Aspects of climate variability in the Pacific and the Western Americas, 55, 305-363.‏ https://doi.org/10.1029/GM055p0305
  19. Landschutzer, P., 2014. Variability of the Global Ocean Carbon Sink (1998 through 2011). Ph.D. Thesis. University of East Anglia. England.
  20. Le Quéré, C., Andrew, R.M., Friedlingstein, P., Sitch, S., Hauck, J., Pongratz, J. and Zheng, B., 2018. Global carbon budget 2018. Earth System Science Data, 10, 2141-2194.‏ https://doi.org/10.5194/essd-10-2141-2018
  21. Lelieveld, J., Hadjinicolaou, P., Kostopoulou, E., Chenoweth, J., El Maayar, M., Giannakopoulos, C. and Xoplaki, E., 2012. Climate change and impacts in the Eastern Mediterranean and the Middle East. Climatic Change, 114(3–4), 667–687. https://doi.org/10.1007/s10584-012-04184
  22. Lionello, P., Malanotte-Rizzoli, P., Boscolo, R., Alpert, P., Artale, V., Li, L. and Xoplaki, E., 2006. The Mediterranean climate: an overview of the main characteristics and issues. Developments in earth and environmental sciences, 4, 1-26. https://doi.org/10.1016/S1571-9197(06)80003-0
  23. Mustafa, F., Bu, L., Wang, Q., Ali, M., Bilal, M., Shahzaman, M. and Qiu, Z., 2020. Multi-Year Comparison of CO2 Concentration from NOAA Carbon Tracker Reanalysis Model with Data from GOSAT and OCO-2 over Asia. Remote Sensing, 12, 2498.‏ https://doi.org/10.3390/rs12152498
  24. Naegler, T., 2009. Reconciliation of excess 14C-constrained global CO2 piston velocity estimates. Tellus B: Chemical and Physical Meteorology, 61, 372-384.‏ https://doi.org/10.1111/j.1600-0889.2008.00408.x
  25. Pratik, K., Parekh, A., Karmakar, A., Chowdary, J.S. and Gnanaseelan, C., 2019. Recent changes in the summer monsoon circulation and their impact on dynamics and thermodynamics of the Arabian Sea. Theoretical and Applied Climatology, 136, 321-331.‏ https://doi.org/10.1007/s00704-018-2493-6
  26. Rödenbeck, C., Keeling, R.F., Bakker, D.C., Metzl, N., Olsen, A., Sabine, C. and Heimann, M., 2013. Global surface-ocean PCO2       and sea–air CO2 flux variability from an observation-driven ocean mixed-layer scheme. Ocean Science, 9, 193-216. https://doi.org/10.5194/os-9-193-2013
  27. Roxy, M.K., Ritika, K., Terray, P., Murtugudde, R., Ashok, K. and Goswami, B.N., 2015. Drying of Indian subcontinent by rapid Indian Ocean warming and a weakening land-sea thermal gradient. Nature communications, 6, 7423.‏ https://doi.org/10.1038/ncomms8423
  28. Sandeep, S. and Ajayamohan, R.S., 2015. Poleward shift in Indian summer monsoon low level jetstream under global warming. Climate Dynamics, 45, 337-351. https://doi.org/10.1007/s00382-014-2261-y
  29. Swapna, P., Krishnan, R. and Wallace, J.M., 2014. Indian Ocean and monsoon coupled interactions in a warming environment. Climate dynamics, 42, 2439-2454.‏ https://doi.org/10.1007/s00382-013-1787-8
  30. Takahashi, T., Olafsson, J., Goddard, J.G., Chipman, D.W. and Sutherland, S.C., 1993. Seasonal variation of CO2 and nutrients in the high‐latitude surface oceans: A comparative study. Global Biogeochemical Cycles, 7, 843-878.‏ https://doi.org/10.1029/93GB02263
  31. Takahashi, T., Sutherland, S.C., Sweeney, C., Poisson, A., Metzl, N., Tilbrook, B. and Olafsson, J., 2002. Global sea–air CO2 flux based on climatological surface ocean PCO2, and seasonal biological and temperature effects. Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography, 49, 1601-1622.‏https://doi.org/10.1016/S0967-0645(02)00003-6
  32. Takahashi, T., Sutherland, S.C., Wanninkhof, R., Sweeney, C., Feely, R.A., Chipman, D.W. and Watson, A., 2009. Climatological mean and decadal change in surface ocean PCO2      , and net sea–air CO2 flux over the global oceans. Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography, 56, 554-577. https://doi.org/10.1016/j.dsr2.2008.12.009
  33. Thoppil, P.G. and Hogan, P.J., 2010. Persian Gulf response to a wintertime shamal wind event. Deep-Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers, 57, 946–955. https://doi.org/10.1016/j.dsr.2010.03.002
  34. Wanninkhof, R., 1992. Relationship between wind speed and gas exchange over the ocean. Journal of Geophysical Research: Oceans, 97, 7373-7382.‏ https://doi.org/10.1029/92JC00188
  35. Watanabe, T.K., Watanabe, T., Pfeiffer, M., Hu, H.M., Shen, C.C. and Yamazaki, A., 2021. Corals reveal an unprecedented decrease of Arabian Sea upwelling during the current warming era. Geophysical Research Letters, 48, e2021GL092432.‏ https://doi.org/10.1029/2021GL092432
  36. Zittis, G., Almazroui, M., Alpert, P., Ciais, P., Cramer, W., Dahdal, Y. and Lelieveld, J., 2022. Climate change and weather extremes in the Eastern Mediterranean and Middle East. Reviews of Geophysics, e2021RG000762. https://doi.org/10.1029/2021RG000762
محیط زیست و توسعه فرابخشی
دوره 9، شماره 83
بهار 1403
صفحه 97-111

صفحه اصلی

ارسال مقاله

تماس با ما