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二氧化碳（carbondioxide,CO2）是大气中最为重要的温室气体,在地球气候系统中起着重要作用。海洋是CO2的重要储库,自工业革命以来吸收了大量人为CO2,对大气CO2含量起着重要的调节作用,目前对大洋CO2的源汇格局问题已经有了较为系统的认识。边缘海是陆地、海洋与大气间相互作用最为活跃的区域,其界面上的碳交换是海洋乃至全球碳循环中最为复杂而又不可或缺的环节之一,是海洋与气候变化科学的热点和前沿领域。表层海水中CO2的分布和循环受多种物理动力和生物地球化学过程的调控,相当复杂。由此,深入研究CO2源汇格局并掌握其在不同时空尺度上的变化过程及调控机制,是当前海洋及气候变化领域的热点问题之一,对进一步理解边缘海系统碳循环具有重要意义,也有助于探讨近海环境与全球气候变化间的关联。中国海纵跨热带、亚热带、温带区,拥有世界上最典型的边缘海系统,是研究边缘海CO2源汇格局这一重大科学问题的理想区域。现有研究表明,中国东海（East China Sea,ECS,简称东海）和中国南海（South China Sea,SCS,简称南海）分别是大气CO2的净汇区和净源区,但海-气间CO2通量在不同海区与不同季节间存在很大的变异性,本论文作者也作为合作者参与了其中的部分研究工作。然而,中国海CO2源汇格局的变化规律与其背后复杂的控制过程与机制仍有待于进一步深入、系统分析;而在全球气候变化背景下,特别是1998年全球变暖趋缓现象发生后,中国海CO2源汇格局的响应及其未来可能存在的变化也需要得到进一步解析。本论文选择北太平洋最大的边缘海,南海作为研究区域,集成分析了 2003至2014年间执行的25个航次、总计539天的现场调查结果,研究了其近岸、陆架、陆坡、海盆区,以及与之相邻的西太平洋部分海区海表C02分压（partial pressure of CO2,pCO2）的时空变化规律及其控制过程。论文首先根据不同物理-生物地球化学性质对研究海域进行了区域划分,并结合温度、盐度等参数的时空分布规律与海水碳酸盐系统平衡原理,对各航次表层海水pCO2、海-气间CO2通量的分布状况、变化特征及其控制过程与机制进行了细致的分析与讨论。在此基础上,本论文对上述各航次现场调查数据进行集成分析,讨论了温度效应、生物活动、不同水团间的物理混合以及海-气间CO2交换过程这4种表层海水pCO2数值的影响因素在不同时空尺度上所扮演的角色,进一步明确了南海表层海水pCO2数值与海-气间CO2交换过程的时空变化规律及其控制过程与机制。随后,本论文以位于南海北部海盆区的东南亚时间序列研究站（South East Asi Time-Series Station,SEATS）为例,分析其表层海水pCO2数值与海-气间CO2通量的年际变化及其主控因子,并与开阔大洋及全球大气平均pCO2数值的变化趋势进行比较,从而对南海未来碳源汇格局可能发生的变化进行展望。根据上述问题与研究内容,本论文得到以下主要结果:1.南海的表层海水温度在空间上呈现南高北低的分布特征;在时间上呈现夏季高、冬季低、春秋两季居中的季节变化特征。南海的表层海水盐度在空间上呈现中间高、南北低的分布特征,通常在南海北部陆架至陆坡区出现高值,海盆区次之,北部近岸区最低;在时间上则与温度相反,呈现夏季低、冬季高、春秋两季居中的季节变化特征。二者的季节内与季节间变化均在近岸海域较为明显,而在外海海域幅度较小。2.南海的表层海水pCO2数值在空间上与温度相似,呈现南高北低的分布特征:在南海海盆区总体高于大气多年平均值,是大气CO2的源;在北部陆架至陆坡区总体与大气多年平均值相近,与大气的CO2交换达到平衡;在北部近岸区总体低于大气多年平均值,是大气CO2的汇。时间变化上:在陆坡至海盆区,表层海水pCO2数值呈现冬季最低、春季迅速上升、夏季达到最高值、秋季逐渐回落的典型季节变化特征,与表层海水温度的变化相似;在北部陆架区,表层海水pCO2的低值同样出现在冬季,而高值则出现在暮春时节;在北部近岸部分受到生物活动强烈影响的海区,表层海水pCO2数值也可能在夏季出现低值,从而呈现出冬夏低、春秋高的双峰分布格局。表层海水pCO2数值的季节内与季节间变化同样在近岸海域较为明显,而在外海海域幅度较小。在此时空变化的基础上,计算出南海主体海域每年总计可向大气释放0.017 Gt的碳,表现为大气CO2的净源。3.南海表层海水pCO2数值及相应的CO2源汇格局在空间分布上的主控因子是表层海水温度,而在不同区域内的变化幅度则主要受到物理混合与生物活动强度的影响。其季节内变化的主控因子是物理混合或生物活动;而季节间变化的主控因子,在陆坡至海盆区为表层海水温度,在北部陆架区为表层海水温度与物理混合过程的耦合,而在北部近岸区则是表层海水温度、物理混合过程与生物活动三者的共同作用。海-气间CO2交换过程在上述时空尺度上均对主控因子的影响起到缓冲作用,但作用幅度通常较小。4.在全球变暖趋缓的背景下,SEATS站表层海水pCO2数值在2000至2014年间以年均1.42± 1.14μatm的速率增长,其多年变化的主控因子是与逐年增长的大气CO2的交换与平衡过程。在较近的未来,SEATS站所代表的南海北部海盆区仍将扮演大气CO2碳源的角色,持续向大气释放CO2。综上所述,本论文详细描述了南海表层海水pCO2与CO2源汇特征的时空变化规律及其控制过程与机制,并在此基础上确认了南海整体上表现为大气CO2的源,计算了其向大气释放CO2的年均通量。同时,本论文观察到以SEATS站为代表的南海北部海盆区表层海水pCO2数值多年来与大气同步增长的趋势,预测其在近期仍将维持为大气CO2的源。