海洋是全球碳循环至关重要的纽带,它在大陆岩石圈、海底沉积物圈、生物圈和大气圈之间碳的交换、流动过程中占主导地位。研究CO2在海洋中的转移和归宿,即海洋吸收、转移大气CO2的能力以及CO2在海洋中的循环机制等已经成为当今国际海洋科学诸多研究计划(特别是SOLAS研究)的重要内容。海水微表层(Sea Surface Microlayer, SML)是界于海洋和大气之间的一个薄层,是海-气界面间物质交换的必由之路。它有着特殊的物理-化学-生物性质,对海洋生物地球化学循环、物质的海-气界面通量、乃至气候等等都有着直接而重要的影响。因此本文将“海水微表层”引入中国陆架边缘海域海-气界面CO2循环的研究之中,同时将重点放在表面海水二氧化碳体系DIC、Alk、pH和pCO2四个参量的多层(包括海水微表层SML、海水次表层SSL和海水表层SL)研究上。我们试图通过对表面海水(特别是微表层)的研究,对中国黄海表面海水CO2体系的海洋化学和海水“微表层泵”理论做进一步的完善和补充。本文主要进行了以下几方面的工作:(1)将“海水微表层泵(SML pump)”这一新的全球碳循环理论模型引入到海-气界面CO2循环的研究中,并对中国SOLAS计划2006年4月份黄海航次调查所得表面海水CO2体系中DIC、Alk、pH、pCO2四个参量的多层分布规律作了系统地研究;(2)将2006年4月份黄海航次所得结果与2005年3月份和5月份黄海两个航次的结果进行了比较,希望可以在较大的时间尺度上发现它们的变化规律。本文的主要研究结果如下:1.黄海表面海水DIC、Alk、pH和pCO2的水平分布规律DIC、Alk的海域水平分布规律均是由近岸向外海逐渐降低。这可能是由于近岸大量的陆源物质的输入、近岸海水与大洋水间的物质交换能力弱以及“青岛冷水团”等因素的影响,从而导致近岸DIC和Alk的浓度高于外海。DIC与Alk二者之间具有很好的正相关性。pH的水平分布是由近岸向外海逐渐降低,而pCO2的水平分布规律与pH相反。在A2站位和A1站位附近出现了pH的低值区,相应的出现了pCO2的高值区,这可能是由于酸雨和黄海暖流的影响。在G11站位附近有一个pH的高值区,相对应的有一个pCO2的低值区,本文认为这主要是生物活动的影响。pH与pCO2二者之间具有很好的负相关性。2.黄海表面海水DIC、Alk、pH和pCO2的垂直分布规律黄海春季(4月份)DIC和Alk浓度在海水微表层(SML)、海水次表层(SSL)和海水表层(SL)中的垂直分布规律为:DICSML > DICSSL > DICSL,AlkSML>AlkSSL>AlkSL。在微表层中呈明显的富集状态,其富集倍数EF(enrichment factor,EF=DIC(SML)/DIC(SSL))皆大于1。DIC和Alk在从SML→SSL→SL的变化中,不是一般的线性减小,而是“非线性”的,这主要是由于海水微表层具有多层的结构特征模型和海水微表层中Gibbs吸附的异常共同作用所引起的。pH和pCO2在SML、SSL和SL中的分布规律分别为:pHSML<pHSSL<pHSL和pCO2 SML> pCO2 SSL> pCO2 SL。pH和pCO2在表面海水中的垂直变化规律是相反的,这也可以证明pH与pCO2的呈负相关性。还可以看出pCO2的数值小于370μatm,故此本文所研究的春季4月份黄海表现为大气CO2的“汇”,同时可以发现pH曲线的扭转方向为向“左”扭转,即向pH数值减小的方向扭转。3.黄海表面海水DIC、Alk、pH和pCO2的时间分布规律(1)周日变化:中国黄海春季(4月份)连续站的DIC和Alk周日变化分布趋势一致,其浓度在SML、SSL和SL中存在着明显的分层现象,在SML中的浓度最大;并且在SML、SSL和SL中的变化趋势是一致的,具有多层分布趋势相同的特点。DIC和Alk的最大和最小值分别出现在02:00~03:00和14:00~ 15:00范围内,呈“单峰”分布。pH出现最小值和最小值的时间分别为02:00~03:00和14:00~15:00时间范围内;而pCO2则与之相反,二者均呈“单峰”分布。(2)年度变化:在黄海春季表面海水的SML、SSL和SL这三层中,DIC和Alk浓度由高到低为3月份、4月份、5月份;pCO2数值高到低为3月份、4月份、5月份;pH则与pCO2相反。4.黄海表面海水DIC、Alk、pH和pCO2与其它参量间的分布规律(1)温度和盐度:DIC、Alk与温度均呈现出比较明显的负相关性,同时,DIC随温度的变化要比Alk随温度的变化更加明显。DIC、Alk与盐度呈负相关性,pH与温度略呈负相关性,而pCO2则与温度呈正相关性。pH与盐度呈负相关性,而pCO2与盐度呈正相关性,本文认为这主要是由于黄海暖流的影响。(2)经纬度:DIC、Alk均与经度呈比较明显的负相关性。DIC、Alk与纬度并没有明显的相关性。pH与经度略微呈现负相关性,而pCO2与经度略微呈现正相关性,pCO2与经度略现正相关性的原因,本文认为主要是离岸远近及温度的影响。pH与纬度呈现明显的正相关性;而pCO2与纬度呈现明显的负相关性,表现出“高纬度低pCO2”的分布规律,本文认为主要是由于温度的影响。(3)计算值与测量值:DIC、Alk和pH的计算值与测量值之间具有很好的相关性。pCO2的三个计算值之间也具有很好的相关性。5.二氧化碳通量的研究本文用四种计算碳通量方法(Liss & Merlivat方法、Peng & Takahashi方法、Tans方法、Wanninkhof方法)并采用微表层pCO2数据计算碳通量(FCO2),结果为-4.703mol?m-2?a-1,如果以tC计为-5.36×106tC。结合2005、2006两年的碳通量平均值计算而得出的碳通量数值为-5.639 mol?m-2?a-1,以tC计为-6.43×106 tC。