边缘海是地球上最为重要的生态系统之一,是大气CO2的净汇,占全球碳汇的10-20%。在边缘海中,碳酸盐系统各参数的时空分布特征不仅受控于和与之相邻的开阔大洋的水交换过程,还受河流等陆源物质输入的影响。同时,季节性的近岸上升流、河流冲淡水、台风、地下水以及环流结构的变化也会使得边缘海的碳循环过程呈现更为复杂的变化特征。南海是西北太平洋最大的边缘海,本论文以南海为研究对象,厘清其碳酸盐系统的时空变化规律及其调控过程和机理对准确评估边缘海在全球碳循环过程中所起的作用具有十分重要的现实意义。本研究以2009～2011年期间在南海北部陆架区域获得的春、夏、秋、冬四个季节的航次数据以及以2009年和2012年在南海西北部海域获得的两个夏季航次数据为基础,系统阐述南海北部海域温度、盐度及碳酸盐系统各参数在时间和空间上的分布差异,探讨其海表二氧化碳分压（pCO2）、pH和文石饱和度（Ωarag）季节变化和空间变化的主要特征及调控机制。此外,为了探究南海北部海域碳酸盐系统与其他边缘海系统的差异,本文以阿拉伯海区域于一年四季所进行的四个航次调查数据为基础,与南海北部海域碳酸盐系统进行比较研究。本研究的结果表明,1)南海北部陆架区域碳酸盐系统各参数表现出巨大的时空变化特征。北部陆架区域具有复杂的水团混合过程,且内陆架（水深＜40 m）区碳酸盐系统的季节差异和空间差异较中陆架-外陆架区（水深＞40 m）更为显著。在中陆架-外陆架区,具有高盐、高碱度（TA）特征的黑潮水入侵是冬季最为显著的特征之一。同时,夏季受珠江冲淡水影响是中陆架-外陆架区另一显著的特征。但是,冬季黑潮水和夏季珠江冲淡水的影响范围仅仅局限于东北部陆架区域。在内陆架区域,其碳酸盐系统主要受控于夏季沿岸上升流所携带的具有高溶解性无机碳（DIC）和高TA特征的次表层水体的垂直涌升和地下水的输入,以及底层强烈的有机物呼吸耗氧过程。同时,具有高溶解性无机碳（DIC）特征的中国沿岸流的沿岸输运也是调控内陆架冬、春和秋季近岸区域碳酸盐系统特征的主要因素之一。此外,近岸河流冲淡水的输入也将影响冬、春和夏季部分近岸站位的碳酸盐系统。DIC、pCO2和Ωarag等无机碳参数在南海西北部的中陆架-外陆架区域呈现显著的季节变化特征,而在内陆架区呈现显著的空间变化特征。在南海西北部的中陆架-外陆架区,盐度归一化的DIC浓度（nDIC）在1974-2001μmol kg-1范围内变化。冬到春和春到夏,由于海表持续向大气释放CO2,nDIC浓度逐渐降低;夏到秋和秋到冬,由于混合层深度逐渐加深,次表层具有高DIC特征的水体向上混合,nDIC浓度逐渐升高。受控于季节之间的温度变化和nDIC的浓度变化,海表pCO2也呈现明显的季节变化特征,最低值于冬季（344±9 μatm）,最高值出现于春季（387±14 μatm）。Ωarag在3.28-3.68范围内变化,最低值出现于冬季,最高值出现于夏季,主要与nDIC的季节变化密切相关。在内陆架-中陆架区,冬季中国沿岸流和夏季珠江冲淡水所引起的强烈的水团混合及其在混合过程中的温度效应和生物活动是主控其pCO2和Ωarag空间分布的主要因素。由中国沿岸流和珠江冲淡水所携带的大量营养盐促进了生物活动,吸收水体DIC,从而降低海表pCO2、升高Ωarag,而该区域较低的海表pCO2特征将促使大气CO2溶解进入海水,从而升高海表pCO2、降低Ωarag。2009年,在内陆架的海南岛东北部上升流区（HNEU）,其水体受近岸河流冲淡水和近岸上升流系统的影响,其DIC和TA均高于保守混合线,主要受控于具有高DIC和TA特征的地下水输入以及一定程度由表层生物活动所驱动的DIC的吸收以及在次表层的由有机物矿化主导的DIC的释放。定量分析表明,在表层受近岸河流冲淡水影响水体中,由生物活动和地下水输入共同主导的DIC和TA的添加量分别为25.3±19.2 μmol kg-1和27.0±19.1μmol kg-1,但其净效应对水体pCO2、pH和Ωarag影响较小。在次表层,地下水输入分别升高水体DIC和TA为14.5±19.3 μmol kg-1和12.9±14.5 μmol kg-1,对水体pCO2、pH和Ωarag的影响较小。此外,有机物矿化将升高次表层水体 DIC（18.0±14.2 μmol kg-1）,由此将升高pCO2（70±47 μatm）,降低 pH（0.06±0.04）和Ωarag（0.32±0.27）。2012年,在内陆架HNEU区表层受近岸河流冲淡水影响区域并未观测到地下水输入信号,碱度呈现保守混合特征,但较强的生物作用降低水体DIC（70.9 μmol kg-1）,由此将降低海表pCO2（101 μatm）,并升高pH（0.13）和 Ωarag（0.79）。2)在阿拉伯海区域,冬季,在东北季风的作用下,近岸区域的垂直混合作用加强,向上输运的营养盐增加,生物作用较强,水体具有高溶解氧浓度（DO）特征（＞210μmol kg-1）;在南部区域,受北赤道流（NEC）的影响显著,上层水体具有高温（26.4±0.5℃）、低盐（35.7±0.5）特征,且该NEC水体的影响将持续到春季。夏季,在阿拉伯海西部区域,上层水体表现为低盐（～35.8-36.1）、高pCO2（＞450μatm）特征,主要受上升流影响,而该上升流在秋季将明显减弱。在印度洋沿岸区域,上层水体无机碳参数在水平和垂直方向上分布比较均匀,不受NEC、沿岸上升流和强生物活动的影响。基于大洋主控型边缘海海表CO2通量解析模型的耦合诊断结果表明,在阿拉伯海印度洋沿岸区域,各季节诊断海表pCO2分别为 394±7 μatm（冬季）、343±8 μatm（春季）、367±4 μatm（夏季）和 375±4 μatm（秋季）,诊断结果与实测结果相吻合。比较研究表明,阿拉伯海区域的水团混合过程较南海北部区域更为简单,仅受春、冬季的NEC和夏季沿岸上升流系统的影响,无冲淡水、地下水等作用。碳通量解析结果表明,阿拉伯海受水体垂直混合/水体层化和温度效应影响显著,全年是CO2的源,向大气释放CO2;而南海北部区域则在温度效应的调控下,冬季是CO2的汇,春、秋和冬季为CO2的源。从全年尺度看,阿拉伯海区域和南海北部区域均符合大洋主控型边缘海系统特征,属于大洋主控型边缘海（Ocean Dominated Marginal System,OceMar）系统,且海表碳酸盐系统各参数受季风所驱动的海水混合层深度的季节性变化影响显著。春季和夏季,上层海水温度较高,具有较大的密度梯度,从而形成一定程度的海水层化,阻止高pCO2和富含营养盐的次表层海水的向上输送,导致其表层水体具有较低的npCO2和较低的生物生产能力;秋季和冬季,在东北季风的影响下,海水混合层深度逐渐加深,海水层化现象被逐渐打破,具有高pCO2特征和富含营养盐的次表层海水被混合输运至上混合层,使其具有较高npCO2。同时,次表层所携带的营养盐将参与光合作用,从而促进了生物生产,具有较高的生物生产能力。