海洋碳循环是地球气候系统的关键组分，也是全球变化科学前沿领域。陆架边缘海的面积仅占全球海洋总面积的~7%，却贡献了~30%的海洋初级生产力和~80%的有机碳埋藏通量，在全球碳循环中扮演着极其重要的角色；同时，陆架边缘海既受河流输入影响，又与大洋发生交换，是全球碳循环中最复杂和最薄弱的环节之一。时至今日，“为什么一些边缘海是大气CO₂的源（向大气释放CO₂），而另一些则是汇（从大气吸收CO₂）”这一基本问题仍然悬而未决，调控边缘海CO₂源汇格局的主要过程和关键机理也有诸多不明之处。

5123导航戴民汉教授、曹知勉副教授、郭香会副教授等基于南海的长期研究积累，于2013和2014年连续发表论文（Dai et al., 2013; Cao et al., 2014），提出了大洋主控型边缘海（Ocean-dominated Margin，OceMar）碳循环概念框架；近期，该团队又在《国家科学评论》（National Science Review，IF=13.222）在线发表研究论文（Research Article），基于与大洋交换和陆源输入两个过程，进一步聚焦两大边缘海特征系统：大洋主控型边缘海（OceMar）和河流主控型陆架海（RiOMar），解析CO₂源汇格局及其关键物理-生物地球化学调控过程与机理，揭示边缘海碳循环的全球意义。

该研究首先分析了全球陆架边缘海表层海水CO₂分压（pCO₂）的时空分布。发现pCO₂受温度效应影响较小，由纬度差异和季节变换导致的海表温度差异均不能主导pCO₂变化；而非温度效应，如水团混合和生物消耗，在控制全球陆架边缘海CO₂分布和CO₂源汇格局中发挥着更为重要的作用。那么，这些非温度效应又该如何定量解析？

基于“边缘海-大洋”和“陆地-边缘海”两个界面的物质交换，该团队构架了OceMar和RiOMar碳循环概念框架。两类系统分别接受大洋和河流输入的外源无机碳和营养盐，经由一系列动力过程进入边缘海真光层后同时被生物消耗，无机碳和营养盐之间的“竞争”最终决定边缘海CO₂源汇格局。若无机碳过剩，则以CO₂形式向大气释放，即为源；若无机碳不足，则需从大气补充CO₂，即为汇。

大洋主控型边缘海（OceMar）和河流主控型陆架海（RiOMar）碳循环概念框架

根据上述框架，该研究建立了物理-生物地球化学耦合诊断新方法，成功解析了两大OceMar（南海海盆区、阿拉伯海海盆区）和典型RiOMar（南海北部陆架珠江冲淡水影响区）的CO₂源汇格局，预测结果与实测数据相符。此外，这种定量解析方法还具有其他用途，如甄别除通过界面输入的额外营养盐、检验无机碳与营养盐的生物消耗是否遵循Redfield比值等。

全球各大陆架边缘海的CO₂源汇解析（向上箭头为源、向下箭头为汇）

OceMar和RiOMar碳循环概念框架同时将物理与生物地球化学耦合、无机碳与营养盐耦合融于一体，溯源追终（外源输入、内部变化和最后归宿），全面解析边缘海CO₂源汇格局及其控制过程，首次真正由局限于表层海水pCO₂的现场观测提升至三维一体的理论总结，从而有助于边缘海碳循环的机制性理解和全球碳模型的准确模拟。该研究得到科技部重大科学研究计划“南海碳循环过程、机理及其全球意义”（2015CB954000）和基金委重大研究计划“南海深海过程演变”（91328202）的资助。

论文来源：

Cao Z., W. Yang, Y. Zhao, X. Guo, Z. Yin, C. Du, H. Zhao and M. Dai* (2019), Diagnosis of CO₂ dynamics and fluxes in global coastal oceans, National Science Review, nwz105, https://doi.org/10.1093/nsr/nwz105.

延伸阅读：

Dai M.*, Z. Cao, X. Guo, W. Zhai, Z. Liu, Z. Yin, Y. Xu, J. Gan, J. Hu and C. Du (2013), Why are some marginal seas sources of atmospheric CO₂?, Geophysical Research Letter, 40, 2154-2158, doi:10.1002/grl.50390.

Cao Z., M. Dai*, W. Evans, J. Gan and R. Feely (2014), Diagnosing CO₂ fluxes in the upwelling system off the Oregon-California coast, Biogeosciences, 11, 6341-6354.