西北太平洋黑潮和黑潮延伸体环流、水团结构特性及其对碳循环的影响：天然碳-14研究

The complicated wind-driven current systems in the northwestern Pacific Ocean play important roles not only in the transport and exchange of chemical materials and heat energy but also carbon cycle in the ocean. Radiocarbon, as one of the most useful chemical tracers, has unreplaceable advantages and applications to the carbon cycling in the ocean, and to the studies of the ocean currents and the sources and mixing dynamics of different water masses. In this proposed study, we will use radiocarbon as a major tool, to measure its compositions in dissolved inorganic carbon (DIC) and dissolved organic carbon (DOC) in the East China Sea slope to the main stream of the Kuroshio Current and in the Kuroshio Extension. The concentrations of DIC and DOC, and physical properties of the water mass will also be measured. By the large data base obtained in this study, we expect to gain a better understanding of the Kuroshio Current and Kuroshio Extension currents and mixing processes of different water masses in the region, and the influence of the current and water structure on carbon cycling in the northwestern Pacific. By comparing the vertical distributions of D14C-DIC, we will also reveal the past air-sea exchange and water mixing depth in the two regions. This study is a joint effort of chemical oceanography and physical oceanography and data obtained in this study will provide useful information on regional interaction of ocean current and climate change.

西北太平洋复杂的环流系统对化学物质和热量的传输和交换起着至关重要的作用。天然碳-14作为一种独特的化学示踪元素，对研究大洋环流和水团来源与结构具有不可替代的优势和作用，并已在多个国际海洋联合调查项目中得到运用和证实。该项目将利用14C为主要手段，通过对东海陆坡-黑潮主流断面和西太黑潮延伸体海区溶解无机碳（DIC）、溶解有机碳（DOC）14C含量的测定，结合对其浓度测定及水体物理参数，通过DIC和DOC的浓度和碳-14年龄在不同站位和深度的分布和差异，认识两个海区黑潮和黑潮延伸体环流变化，水团来源及结构特征对碳循环的影响，同时，通过不同站位14C-DIC自表层的垂直分布，认识和揭示两个海区环流过程对海洋-大气交换的影响和表层水团混合的深度。该项目是化学海洋学与物理海洋学的交叉结合，对深入认识大洋环流和水团结构对碳循环的影响具有实际意义，对认识环流导致的区域气候变化也会提供有效的数据参考，为我

西北太平洋以其广阔的面积、复杂的地形结构和环流系统在物质循环、能量输送及影响气候变化过程中扮演着重要角色，也是海洋碳循环的重要驱动者。该研究利用碳同位素为手段，聚焦西北太平洋，黑潮延伸体及其边缘海中溶解无机碳（DIC）和有机碳（DOC）两个主要碳库的浓度变化及其碳同位素含量进行了系统研究。项目实施4年来，通过对采自西北太平洋及黑潮延伸体，马里亚纳海沟，南海及东海的大量样品采集分析，获得了DIC和DOC的浓度及同位素含量时空变化的全新数据，加深了对西北太平洋不同水团来源及环流结构对碳循环影响的认识，并通过与国际海洋大计划历史数据进行对比，定量揭示了西北太平洋30年来通过海洋-大气交换导致的核爆14C的垂直交换及混合深度变化。验证了黑潮和亲潮两个主要水团的物理和化学性质的差异及在黑潮延伸体的混合过程及对碳循环的影响；定量计算了不同活性DOC在西北太平洋的深层分布；首次揭示了马里亚纳海沟DOC和DIC的浓度和碳同位素分布特征，及年龄差异，证实了海沟两个碳库的循环时间尺度与北太平洋深层环流的碳库年龄的一致性并首次揭示了海沟生物碳泵的高效性，表层颗粒有机碳的快速沉降及在海沟的富集，为深渊高压极端环境下生存的微生物和底栖生物提供了重要的能量来源，构成海沟碳循环和生物地球化学过程的重要一环；根据大量数据首次提出溶解态黑碳并非河流和海洋中难降解溶解有机碳的主要组成。这些新的发现对认识西北太平洋与大气的相互作用，及水团混合对碳循环的影响，陆源有机碳在边缘海及海洋中的循环等提供了新的认识。同时，从物理海洋学的角度，对西北太平洋表层温度SST的季节变化原因通过一种新颖的数值模式手段进行了研究，分析了中纬度海洋SST季节振幅增强的原因，西北太平洋最为明显，发现振幅的增强主要来自于海洋自身对外部热源的调整，提出了“海洋起源”观点。已发表标注基金资助SCI论文23篇，培养博士研究生3人。参加国际会议3次。项目研究成果对西太重大研究计划做出了实质性的贡献。