夏季东海近岸底层水中酸化信号加强的生化机制解析

The average acidification rate caused by CO2 emissions in open ocean is -0.0016 pH.yr-1. The change of pH in the coastal waters is much severe than that in the open ocean. Overall, biological metabolic influence is as significant, up to 0.3 pH. The offshore system also presents a more sensitive and fragile to ocean acidification. According to the results of the field survey in recent years, the phenomenon of intensified seasonal coastal acidification (decrease pH of 0.1 in few weeks) appears in the subsurface waters of the East China Sea. The preliminary analyses indicate that, on the basis of the acidified source water from Kuroshio Subsurface Water, biological process may further aggravate this acidification signal. However, the ecological formation mechanism is rarely studied. Based on these, this project establishes the end-element mixed model after assuring background acidification signal of subsurface water, and focuses on the contribution of biological process imposed on this acidification phenomenon. In particular, the cumulative effect of organic matter degradation (that release CO2 on subsurface water) will be emphasized. This project will help to understand the regulation mechanism of acidification in the East China Sea and provide a scientific basis for predicting the acidification along the coast.

全球开阔海洋由于人类活动排放CO2增加引起的酸化速率平均在-0.0016pH.yr-1。而在沿岸海域水体中pH的变化幅度远大于此，其中受生物代谢过程的酸化信号最显著，可达0.3pH。近岸系统对酸化过程也呈现出更敏感和脆弱的一面。根据近年的调查结果显示，东海近岸次表层水体出现了季节性海水酸化信号加强的现象(pH在几周内降低了0.3)，但关于其形成的生物地球化学机制的研究仍然相对薄弱。本申请拟通过分析已有文献和现场调查数据，建立端元混合模型，厘清主要水团来源端元值的变化对东海近岸底层水体酸化缓冲能力的影响；在明确酸化背景信号的基础上，依托高分辨率的生化剖面参数进行半定量分析，重点探讨生物过程（主要是有机质降解释放的CO2在次表层水中的累积效应）在东海近岸底层水酸化加剧过程中的贡献，并尝试建立东海近岸酸化敏感度模型。项目的开展将有助于深入认识东海近岸酸化的调控机制，并为预测沿岸酸化提供科学依据。

全球开阔海洋由于人类活动排放CO2增加引起的酸化速率平均在-0.0016 pH.yr-1。而在沿岸海域水体中的pH变化幅度远大于该变化，其中受生物代谢过程的变化信号最显著，可达0.3 pH。近岸系统对酸化过程也呈现出更敏感和脆弱的一面。本项目通过对已有文献和现场调查数据，建立端元混合模型，厘清主要水团来源端元值的变化对东海近岸底层水体酸化缓冲能力的影响。重点探讨生物过程在东海近岸底层水酸化加剧过程中的贡献。主要的结论如下:(1) 2017-2019年大通水文站获取的溶解无机碳（DIC）和总碱度(TA)的月平均浓度范围分别为1856μmol/kg和1791μmol/kg。DIC和TA均为旱季（9月-1月）高于湿季（6月-8月），整体呈现出随径流量增加浓度降低的趋势。大通水文站的DIC和TA的通量变化主要受径流变化的影响，年际间的变化差异并不显著。(2) 长江和黑潮次表层水输入对东海近岸底层酸化的影响除了其本身携带的碳酸盐体系参数背景值的影响外，其伴随输入的营养盐通过“营养盐补充-藻华-有机质降解-缺氧酸化”等生物地球化学过程影响到东海近海底层的海洋酸化程度。(3) 根据2006-2018年在长江口的现场观测航次获取的数据中，pH/AOU的斜率在-0.0017~-0.0023之间，主要与呼吸作用（pH /AOU=-0.0021）引起的有机质降解密切相关。(4) 根据模式的结果，目前东海近岸底层水体接近了缓冲能力曲线的最低值，碳酸钙饱和度也处于快速降低的区间。这一结果表明，长江口-东海存在河口最小缓冲区，且该区域主要与底层的缺氧区相对应，指示了夏季的长江口底层缺氧区，可能也是酸化最为敏感和脆弱的区域。综合以上，本项目相关成果将有助于深入认识东海近岸酸化的调控机制，并为预测沿岸酸化提供科学依据。项目执行期间内发表论文4篇，其中SCI论文3篇，中文核心1篇，此外参与编著英文专著《Changing Asia-Pacific Marginal Seas》1部。