南海西北部海域夏季碳酸盐系统动态变化特征及调控机制:沿岸上升流、河流冲淡水及地下水输入的共同作用

Carbonate dynamics in a tropical coastal system in the South China Sea featuring upwelling, river plumes and submarine groundwater discharge

基于2009年和2012年夏季在南海西北部海域获取的现场观测数据,探究了水体碳酸盐系统各参数在沿岸上升流、河流冲淡水和地下水等多因素共同影响下的分布特征及生物地球化学调控.2009年,海南岛东北部近岸海域受沿岸上升流影响显著,表层水呈现低温、高盐特征,而河流冲淡水则主要影响海南岛东北部的内陆架区(30m水深以内),表层水体呈现高温、低盐特征.2012年,海南岛东北部海域表层被低盐水覆盖,未观测到上升流信号,而海南岛东部近岸海域则受上升流影响显著.在河流冲淡水的影响下,海南岛东北部海域表层水体存在两个低盐水团,其中,近岸河流冲淡水主要影响内陆架区,影响位置较2009年更偏西,而珠江冲淡水则影响距离珠江口~250km处的离岸中陆架区.基于端元混合模型的定量分析表明,2009年夏季河流冲淡水区的溶解无机碳(DIC)和总碱度(TA)都存在添加过程.其中,地下水输入对两者的添加量分别为38.9(±20.5)和42.5(±22.3)μmolkg^(-1),两者比值为0.92,但对海表二氧化碳分压(pCO_(2))、pH和文石饱和度指数(Ω_(arag))的影响较小.此外,较强的生物光合作用吸收了10.0(±10.4)μmolkg^(-1)的DIC,但对TA影响微小,因此该过程使海表pCO_(2)显著降低,并使pH和Ω_(arag)升高.在上升流区,地下水输入和有机物矿化共同调控碳酸盐系统各参数的动态变化.其中,地下水输入使DIC和TA浓度升高,但对pCO_(2)、pH和Ω_(arag)的影响较小;有机物矿化使DIC浓度升高23.8(±8.4)μmolkg^(-1),导致水体呈现高pCO_(2)、低pH和低Ω_(arag)的特征.2012年夏季,近岸河流冲淡水区几乎不受地下水输入的影响,但较强的光合作用吸收了大量DIC(104.2μmolkg^(-1)),使得表层水体呈现低pCO_(2)、高pH和高Ω_(arag)特征;在珠江冲淡水区,从大气吸收CO_(2)导致的DIC添加量高于生物光合作用所消耗的DIC,两者净效应使水体DIC浓度升高,pCO_(2)升高,而pH和Ω_(arag)降低.本研究表明,在沿岸上升流、河流冲淡水和地下水输入的共同调控下,南海西北部海域碳酸盐系统呈现显著不同的空间格局和年际差异.综合考虑大气CO_(2)浓度持续上升和全球变暖的情景,到本世纪末南海西北部近岸海域存在较高的海洋酸化风险,且在河流冲淡水、地下水输入和有机物矿化等因素的协同作用下,海洋酸化进程将会进一步加剧.