王 斌，劉希真，李林蔚，李德望，金海燕，高生泉，李宏亮，陳建芳*,7

(1.自然資源部海洋生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310012； 2.自然資源部第二海洋研究所，浙江 杭州 310012； 3.自然資源部長(zhǎng)三角海洋生態(tài)環(huán)境野外科學(xué)觀測(cè)研究站，浙江 舟山 316021； 4.浙江省海洋監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)中心，浙江 杭州 310007； 5.衛(wèi)星海洋環(huán)境動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310012； 6.浙江大學(xué)海洋學(xué)院，浙江 舟山 316021； 7.河海大學(xué)海洋學(xué)院，江蘇 南京 210098)

0 引言

陸架海僅占世界海洋面積的7%，卻貢獻(xiàn)了約30%的海洋初級(jí)生產(chǎn)力以及80%的有機(jī)質(zhì)埋藏[1]。全球范圍內(nèi)陸架海的 CO2通量為 0.18～0.45 Pg C·a-1[2-4]，占全球海洋 CO2匯的 10%～20%。不同近岸海域的碳源/匯格局存在較大的時(shí)空差異[1-2]，且在不同季節(jié)尺度內(nèi)存在源/匯轉(zhuǎn)換，其中以大河口區(qū)相鄰的陸架海碳匯最為典型。河口區(qū)的碳源/匯及碳通量與河口的類型、營(yíng)養(yǎng)鹽含量及結(jié)構(gòu)、初級(jí)生產(chǎn)力以及環(huán)流的變化等均有關(guān)聯(lián)。

東海是世界第三大陸架邊緣海，陸架面積約占70%。基于對(duì)東海年、季尺度的研究，目前普遍認(rèn)為東海是CO2的匯區(qū)[5-7]，海洋吸收大氣CO2主要通過(guò)“溶解泵”和“生物泵”過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)[8]?；跂|海PN斷面(PN斷面為橫切東海中部黑潮主軸的標(biāo)準(zhǔn)斷面，自東海西北角長(zhǎng)江口到東南角琉球群島呈NW—SE走向)數(shù)據(jù)分析提出了“大陸架泵”的概念[9]，其通過(guò)綜合海-氣交換、生物作用和物理傳輸?shù)裙餐饔脕?lái)實(shí)現(xiàn)CO2向開闊大洋的輸送和儲(chǔ)存。東海降溫作用和生物泵作用將加速CO2在陸架區(qū)的吸收，使其轉(zhuǎn)化成有機(jī)質(zhì)或者在較淺的底層水中再生形成溶解無(wú)機(jī)碳(DIC)。冬季，陸架區(qū)水體的冷卻作用比開闊海水強(qiáng)烈，使得陸架區(qū)水體密度增大，富含DIC的水體下沉并沿著等密度線向外陸架輸送。

陸架海域中的碳酸鹽體系受控于物理和生物地球化學(xué)過(guò)程等的綜合影響，包括陸源河流輸入、沿岸上升流、海-氣交換以及生物活動(dòng)等過(guò)程[8,10-11]。長(zhǎng)江口-東海的陸架海碳酸鹽體系[2-3]主要受以長(zhǎng)江等大型河流為主導(dǎo)的流域輸入，以及外海黑潮次表層水和臺(tái)灣暖流水等以上升流形式在內(nèi)陸架涌升的影響，海-氣交換以及生物活動(dòng)等過(guò)程也會(huì)改變區(qū)域的海水碳酸鹽體系。由于東海本身的流系復(fù)雜，水動(dòng)力狀況存在較大的季節(jié)和年際間的波動(dòng)[12-13]。東海陸架區(qū)CO2化學(xué)參數(shù)空間分布特征與不同特征的水團(tuán)結(jié)構(gòu)有關(guān)，其中長(zhǎng)江沖淡水和黃海水是大氣CO2兩個(gè)主要的匯[5,14]；浙江近岸的上升流為最重要的CO2源；黑潮次表層水和臺(tái)灣暖流水則是微弱的大氣CO2源，且可能是東海陸架的DIC源[15-16]。在長(zhǎng)江口外海域，春季和夏季的碳酸鹽體系分布主要受初級(jí)生產(chǎn)力和海-氣交換影響，整體表現(xiàn)為大氣CO2的匯區(qū)；秋季和冬季主要受水體垂直混合和海-氣交換影響[15-19]，冬季仍然表現(xiàn)為強(qiáng)匯，而秋季則表現(xiàn)為弱源[5,17,20]。

此外，近幾十年來(lái)，長(zhǎng)江輸入東海的營(yíng)養(yǎng)鹽持續(xù)增加，氮和磷自20世紀(jì)60年代到21世紀(jì)初增加了5～7倍[21-24]，富營(yíng)養(yǎng)化伴隨的有害藻華、缺氧、酸化等現(xiàn)象頻繁發(fā)生[25-28]。秋、冬季，由于風(fēng)混合作用，缺氧水體中積累的高DIC進(jìn)入上層海水甚至成為潛在碳源[29-32]。長(zhǎng)江沖淡水體系中的碳酸鹽體系參數(shù)存在季節(jié)內(nèi)變化，河口區(qū)淡水(DIC/TA>1)與外海海水(DIC/TA<1)發(fā)生混合而呈現(xiàn)碳源/匯之間的快速轉(zhuǎn)變[20,33]。東海陸架還受到黑潮次表層水和臺(tái)灣暖流的影響，其攜帶的營(yíng)養(yǎng)鹽(N/P<14)以及相對(duì)低氧、高碳水[13,34]也會(huì)進(jìn)一步影響到東海內(nèi)陸架區(qū)的海水內(nèi)部碳酸鹽體系參數(shù)的變化[35-36]。

綜上，目前東海碳酸鹽體系的研究主要集中在長(zhǎng)江口及近岸的河口區(qū)域，而對(duì)于覆蓋長(zhǎng)江河口-東海內(nèi)陸架-東海外海陸架區(qū)這一連續(xù)區(qū)域的碳酸鹽體系參數(shù)的系統(tǒng)研究相對(duì)較少。本文結(jié)合2011年在長(zhǎng)江口-東海開展的4個(gè)季節(jié)航次P斷面的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查數(shù)據(jù)，以及同年在東海外陸架區(qū)PN斷面的3個(gè)季節(jié)航次的日本氣象廳采樣調(diào)查數(shù)據(jù)，討論東海內(nèi)陸架和外陸架區(qū)域海水碳酸鹽體系參數(shù)的季節(jié)分布特征及影響因素，同時(shí)探討內(nèi)、外陸架區(qū)海水碳酸鹽緩沖能力的差異，以及與長(zhǎng)江口缺氧、酸化之間的耦合關(guān)系等。

1 研究區(qū)域和方法

1.1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來(lái)源

研究項(xiàng)目搭載中國(guó)海洋大學(xué)科學(xué)考察船“東方紅2號(hào)”分別于2011年3月17日至4月8日(春季)，2011年7月5日至7月25日(夏季)，2011年10月16日至11月6日(秋季)，2011年12月20日至2012年1月12日(冬季)對(duì)黃海和東海實(shí)施了4個(gè)航次的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)。本文數(shù)據(jù)主要來(lái)源于4個(gè)航次中長(zhǎng)江口外東海海域P斷面的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)。長(zhǎng)江口-東海的P斷面位置從長(zhǎng)江口外向東南方向延伸(圖1)，大致方向與日本氣象廳長(zhǎng)期觀測(cè)的PN斷面(NW—SE，27.0°N—29.0°N，126.0°E—128.2°E)一致，2011年4個(gè)季節(jié)的采樣站位有9～12個(gè)，主要在200 m內(nèi)陸架區(qū)。結(jié)合日本氣象廳同年在PN斷面開展的采樣調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行包括溫度、鹽度、pH、溶解氧 (Dissolved Oxygen, DO)，溶解無(wú)機(jī)碳 (Dissolved Inorganic Carbon, DIC) 和總堿度 (Total Alkalinity, TA) 等參數(shù)的對(duì)比討論。下載的PN斷面航次數(shù)據(jù)包括2011年1月(PN-201101)、7月(PN-201107)和9月(PN-201109)。2011年長(zhǎng)江月平均徑流量如圖2所示，其中夏季航次時(shí)間(7月)為全年長(zhǎng)江徑流量最大的月份(3.7×104m3·s-1)，但略低于2005—2015年平均徑流量(4.1×104m3·s-1)，秋季徑流量明顯降低，冬季和春季徑流量進(jìn)一步減小，其中12月徑流量?jī)H為1.4×104m3·s-1。

圖1 長(zhǎng)江口-東海P斷面海域采樣站位圖和PN斷面下載數(shù)據(jù)所在站位Fig.1 Map of sampling stations along the P section across the Changjiang Estuary and the East China Sea and stations downloaded from PN section(紅色圓點(diǎn)代表春季采樣站位, 綠色圓點(diǎn)代表夏季采樣站位, 黃色圓點(diǎn)代表秋季采樣站位, 藍(lán)色圓點(diǎn)代表冬季采樣站位；灰色圓點(diǎn)和直線代表下載的PN斷面數(shù)據(jù)。)(The red dots represent spring sampling sites, the green dots represent summer sampling sites, the yellow dots represent autumn sampling sites, and the blue dots represent winter sampling sites; the gray dots and straight lines represent the downloaded PN section data.)

圖2 2011年長(zhǎng)江大通站的月平均徑流量Fig.2 The monthly-averaged discharge of the Datong Station in Changjiang in 2011(圖中灰色陰影區(qū)域代表2005—2015年的月平均徑流量,黑色陰影區(qū)域代表4個(gè)采樣月份。)(The gray shaded area represents the average discharge for 2005-2015 and the black shaded area represents the four sampling months conducted in 2011.)

1.2 采樣和測(cè)定方法

水樣使用配有CTD (Seabird 911 Plus)及12 L Niskin采水瓶的梅花采水器采集，采樣深度分別為表層、10 m層、30 m層和底層，采樣順序遵循海水二氧化碳參數(shù)采樣方法[37]，依次為DO、pH、DIC和TA，且遵循《海洋調(diào)查規(guī)范第4部分：海洋化學(xué)要素調(diào)查》(GB/T 12763.4—2007)[38]中采集海水中溶解性氣體的操作規(guī)范。樣品采集前用水樣將采水瓶潤(rùn)洗2～3遍，由硅膠管引流，采樣時(shí)，管置于采樣瓶底部，控制水流速度以免出現(xiàn)小的湍流，水樣需溢流出至少一倍采水瓶體積。

DO樣品使用125 mL的棕色磨口玻璃瓶采集，現(xiàn)場(chǎng)使用氯化錳(MnCl2)和堿性碘化鉀(KI-OH)對(duì)水樣進(jìn)行固定，搖勻后在暗處?kù)o置沉淀；pH水樣采用100 mL螺旋口塑料瓶采集，采集后與標(biāo)準(zhǔn)緩沖液置于25 ℃恒溫水浴槽中恒溫；DIC樣品采用 40 mL 棕色螺旋口玻璃瓶(CNW，德國(guó))采集，瓶蓋內(nèi)襯橡膠和 Teflon 墊用于氣密；TA樣品采用 125 mL 的高密度聚乙烯(HDPE)小口塑料采樣瓶采集。DIC和TA樣品采集后分別加入40 μL和200 μL的飽和氯化汞(HgCl2)溶液，旋緊瓶蓋，并將采樣瓶顛倒數(shù)次以便水樣與HgCl2混勻，從而防止生物活動(dòng)繼續(xù)進(jìn)行，最后在瓶蓋與瓶口相連處用封口膜(Parafilm，美國(guó))封口，防止水樣與大氣發(fā)生交換。DO和pH樣品在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)定，DIC和TA樣品帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析。

TA的測(cè)定使用總堿度滴定儀(AS-ALK2，Apollo SciTech)，配合Thermo Orion 3-star的pH計(jì)、Orion 8102 BNUWP的超級(jí)ROSS 復(fù)合電極及一套恒溫水浴控制裝置(誤差±0.2 ℃)。儀器自帶的程序中將CO2的等當(dāng)點(diǎn)設(shè)定為pH=3.8～3.0。在恒定水浴溫度 (25±0.2 ℃)下對(duì)pH電極進(jìn)行能斯特響應(yīng)的校正，確定EMF/mV-pH 響應(yīng)關(guān)系后，使用美國(guó)加州大學(xué)圣地亞哥分校斯克里普斯海洋研究所海洋物理實(shí)驗(yàn)室提供的標(biāo)準(zhǔn)海水(CRM) 精確標(biāo)定所配置的鹽酸濃度，之后再用已標(biāo)定的鹽酸滴定海水樣品，并通過(guò)公式計(jì)算海水樣品的總堿度。滴定使用的鹽酸使用優(yōu)級(jí)純鹽酸配制。DIC和TA的精度達(dá)到±2 μmol·kg-1，準(zhǔn)確度達(dá)到±2 μmol·kg-1[39]。

2 結(jié)果

2.1 碳酸鹽體系參數(shù)分布特征

由于季節(jié)差異主要存在于水深小于200 m的內(nèi)陸架區(qū)(P01～P11站)，據(jù)此統(tǒng)計(jì)了長(zhǎng)江口-東海內(nèi)陸架區(qū)4個(gè)季節(jié)的物理化學(xué)參數(shù)(表1)。春季、夏季、秋季和冬季的溫度平均值分別為11.19±1.45、23.03±3.37、21.64±1.07、和17.47±0.87 ℃，其中春季平均水溫低于冬季平均水溫(表1、圖3)。春季、夏季、秋季和冬季的鹽度平均值分別為33.71±0.82、32.73±2.28、33.47±1.07和33.73±0.87，夏季鹽度梯度相對(duì)較大(表1、圖4)。春季、夏季、秋季和冬季DO的平均濃度分別為281±8、175±51、189±56和236±19 μmol·L-1，春季和冬季高于夏季和秋季(表1)。DIC和TA質(zhì)量摩爾濃度的季節(jié)性變化均表現(xiàn)為：夏季<秋季<冬季<春季(表1)。

表1 長(zhǎng)江口-東海內(nèi)陸架區(qū)(水深<200 m)斷面的水文、化學(xué)參數(shù)匯總Tab.1 Summary of hydrological and chemical parameters along section across the Changjiang Estuary and the East China Sea inner shelf area (water depth <200 meters)

圖3 2011年長(zhǎng)江口-東海P斷面溫度的季節(jié)分布圖Fig.3 Seasonal distributions of temperature along the P section across the Changjiang Estuary and the East China Sea in 2011

圖4 2011年長(zhǎng)江口-東海P斷面鹽度的季節(jié)分布圖Fig.4 Seasonal distributions of salinity along the P section across the Changjiang Estuary and the East China Sea in 2011

DIC在春季、夏季、秋季和冬季的平均質(zhì)量摩爾濃度分別為2 037±18、1 996±69、2 013±54和 2 028±30 μmol·kg-1(表1)。內(nèi)陸架區(qū)春季和冬季主要受垂直混合的影響，表、底層的DIC質(zhì)量摩爾濃度較為均勻(圖5a和5d)。夏季出現(xiàn)較明顯的鹽度和溫度躍層，126°E以西的內(nèi)陸架區(qū)主要以鹽躍層為主，而在126°E以東則以溫躍層為主。DIC的垂直分布與溫度較為一致，但在123°E—125°E的 20 m 以淺水體中，DIC出現(xiàn)較低值(～1 950 μmol·kg-1),內(nèi)陸架底層水的DIC質(zhì)量摩爾濃度約為 2 056±10 μmol·kg-1，變化較小(圖5b)。秋季，長(zhǎng)江沖淡水區(qū)域的31等鹽線只局限在123°E以西(圖4c),20 m 以淺區(qū)域的DIC質(zhì)量摩爾濃度基本小于 1 990 μmol·kg-1，在內(nèi)陸架底層，DIC質(zhì)量摩爾濃度約為2 076±23 μmol·kg-1(圖5c)。P12站位于P斷面的最東邊，水深大于1 000 m，DIC的季節(jié)變化特征不顯著，均呈現(xiàn)出從表向底質(zhì)量摩爾濃度逐漸增加的趨勢(shì)：500 m水深，DIC質(zhì)量摩爾濃度約為2 172±36 μmol·kg-1；800 m水深，DIC質(zhì)量摩爾濃度約為2 212±12 μmol·kg-1。

TA在春季、夏季、秋季和冬季分別為2 271±6、2 232±27、2 255±11和 2 268±9 μmol·kg-1(表1)，TA的季節(jié)差異較DIC更不顯著。內(nèi)陸架區(qū)春季主要受垂直混合作用的影響，表、底層的TA較為均勻(圖6a)。夏季，由于受長(zhǎng)江沖淡水的影響，TA呈現(xiàn)出垂向分層現(xiàn)象，且隨著深度的增加TA逐漸增加。100 m以淺的TA梯度變化較大，內(nèi)陸架底層水的TA為2 254±6 μmol·kg-1。秋季，內(nèi)陸架TA差異很小，基本為2 262±10 μmol·kg-1(圖6c)。冬季受垂直混合的影響，陸架區(qū)表、底層的TA較為均勻(圖6d)。與DIC的分布趨勢(shì)一致，P12站位TA呈現(xiàn)出從表向底逐漸增加的趨勢(shì)，同時(shí)季節(jié)分布差異較小：500 m水深，TA為2 303±9 μmol·kg-1；800 m水深，TA為2 341±8 μmol·kg-1。

圖6 2011年長(zhǎng)江口-東海P斷面TA的季節(jié)分布圖Fig.6 Seasonal distributions of TA along the P section across the Changjiang Estuary and the East China Sea in 2011

2.2 長(zhǎng)江口-東海P-PN斷面海水碳酸鹽體系參數(shù)的季節(jié)分布特征

為了探討長(zhǎng)江口-東海內(nèi)陸架區(qū)和PN斷面碳酸鹽體系參數(shù)的季節(jié)分布特征，將不同季節(jié)航次獲取的數(shù)據(jù)與PN斷面的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比研究(圖7)。2011年4個(gè)季節(jié)航次的水團(tuán)差異主要體現(xiàn)在水深較淺的區(qū)域，且溫度差異最為明顯：春季<冬季<秋季<夏季；鹽度方面則主要是夏季存在較低鹽度的區(qū)域，水深大于200 m的高鹽度區(qū)域溫、鹽特征與東海PN斷面的黑潮次表層水涌升至東海內(nèi)陸架水團(tuán)的溫、鹽特征(PN-201107，溫度18 ℃，鹽度34.9)[12]較為吻合(圖7a)。DO濃度的季節(jié)差異也主要體現(xiàn)在200 m以淺(圖7b)，春季的DO濃度最高，冬季次之，然后是夏季和秋季，且夏季和秋季均存在DO不飽和的現(xiàn)象，部分站位的DO小于62 μmol·L-1, 出現(xiàn)了缺氧現(xiàn)象。而在PN斷面上，600 m以淺的水體中DO均大于100 μmol·L-1；在200 m左右的次表層水中DO濃度約為188±8 μmol·L-1，這部分水體通常被認(rèn)為是可以通過(guò)臺(tái)灣東北部的黑潮次表層水向近岸入侵涌升至長(zhǎng)江口-東海底層的水體[12]。

TA和DIC的分布上(圖7c和7d)，季節(jié)差異也主要發(fā)生在200 m以淺的內(nèi)陸架水體中。TA平均值高于DIC，且分布相對(duì)比較均勻，呈現(xiàn)出夏季最低，冬、春季相對(duì)較高的趨勢(shì)，且內(nèi)陸架區(qū)的TA低于外陸架區(qū)，表明內(nèi)陸架區(qū)受到淡水輸入的影響更為顯著。DIC的分布相對(duì)較為離散，但是2011年4個(gè)季節(jié)，內(nèi)陸架DIC的質(zhì)量摩爾濃度普遍高于外陸架PN斷面，表明長(zhǎng)江口-東海內(nèi)陸架區(qū)的碳酸鹽體系參數(shù)信號(hào)更多地受控于局地的物理和生物地球化學(xué)過(guò)程。

圖7 2011年4個(gè)航次獲取的位溫-鹽度, DO、DIC和TA與深度的散點(diǎn)分布圖Fig.7 Scattered plot of potential temperature-salinity, dissolved oxygen-depth, DIC-depth and TA-depth obtained from four cruises in 2011[位溫-鹽度圖中灰色等值線為等密度線。彩色圓點(diǎn)代表4個(gè)不同季節(jié)航次的數(shù)據(jù), 黑色圓點(diǎn)代表2011年P(guān)N斷面(1月、7月和9月)的數(shù)據(jù), 灰色圓點(diǎn)為PN-201107航次中的數(shù)據(jù)。PN斷面數(shù)據(jù)來(lái)源于日本氣象廳：http:∥www.jma.go.jp/jma/index.html。][The gray contours in the potential temperature-salinity diagram represent the density. The colored dots represent the data obtained fromthe four-season cruises in 2011, the black dots represent data of PN sections in 2011 (January, July and September). Grey dots represent the data from PN-201107 cruise. PN data source is from Japan Meteorological Agency: http:∥www.jma.go.jp/jma/index.html.]

3 討論

3.1 內(nèi)陸架海水碳酸鹽體系參數(shù)分布的主要影響因素

影響海水碳酸鹽體系參數(shù)分布的過(guò)程包括：水團(tuán)混合、升溫/降溫、海-氣交換、光合作用/呼吸降解、碳酸鈣沉淀/溶解、沉積物反硝化等。對(duì)東海的研究表明，升溫/降溫、海-氣交換和水團(tuán)混合等物理過(guò)程無(wú)法完全解釋該區(qū)域海水碳酸鹽體系參數(shù)的時(shí)空差異[20,33]，生物地球化學(xué)過(guò)程對(duì)該區(qū)域碳酸鹽體系參數(shù)的影響不容忽視。因而，需要結(jié)合DIC、TA、pH等海水碳酸鹽體系參數(shù)，來(lái)綜合判斷海水對(duì)CO2的緩沖能力。本節(jié)針對(duì)影響長(zhǎng)江口-東海內(nèi)陸架碳酸鹽體系參數(shù)分布的最主要過(guò)程進(jìn)行討論，具體參數(shù)包括溫度、鹽度和DO。在數(shù)據(jù)方面，對(duì)2011年?yáng)|海4個(gè)季節(jié)航次的內(nèi)陸架數(shù)據(jù)、P12站數(shù)據(jù)和PN斷面3個(gè)季節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，側(cè)重外陸架和內(nèi)陸架的空間差異對(duì)比，從而對(duì)與外海水(尤其是黑潮次表層水涌升)對(duì)東海內(nèi)陸架碳酸鹽體系的影響進(jìn)行討論。

DIC和TA與溫度的相關(guān)性在外陸架和內(nèi)陸架均存在差異(圖8a和8b)，DIC對(duì)溫度變化更為敏感。在內(nèi)陸架區(qū)主要受升溫和海-氣交換過(guò)程的影響，DIC的質(zhì)量摩爾濃度隨溫度升高逐漸降低，且基本符合線性關(guān)系。夏季和秋季內(nèi)陸架的DIC存在顯著的去除和添加過(guò)程：DIC的去除過(guò)程主要受浮游植物光合作用/生物吸收過(guò)程的影響，且主要發(fā)生在夏季表層水體中，水溫相對(duì)較高(>25 ℃)；DIC的添加過(guò)程主要受呼吸降解的影響，呼吸降解過(guò)程主要發(fā)生在夏季和秋季的次表層水體中，水溫為20～25 ℃。春、冬季的DIC則主要與升溫過(guò)程引起的溶解平衡相關(guān)，隨著溫度的升高，海水中溶解的CO2減少，DIC的質(zhì)量摩爾濃度降低。而在外陸架深水站位(P12和PN-201107), DIC隨溫度的變化速率有所差異，在 200 m 以淺和內(nèi)陸架區(qū)域變化一致，但隨著溫度小于15 ℃(水深約 300 m 處)區(qū)域，溫度越低，隨溫度降低DIC增加的速率越快(斜率變大)，這可能與較深水體的混合/通風(fēng)作用減弱所引起的累積效應(yīng)有關(guān)。內(nèi)陸架不同季節(jié)TA基本在2 244～2 280 μmol·kg-1之間，TA與溫度呈線性負(fù)相關(guān)，但相對(duì)變化較小。夏季部分站位的TA降低主要受長(zhǎng)江低鹽水的影響。在外陸架，TA隨溫度的變化存在3個(gè)階段：10～25 ℃，TA基本保持不變，約為2 280 μmol·kg-1；水溫小于10 ℃(水深約500 m處)，TA隨著溫度的降低顯著升高，這可能與較深層水的碳酸鈣溶解/沉淀過(guò)程有關(guān)；水溫大于25 ℃，隨著溫度的升高，TA也出現(xiàn)降低的趨勢(shì)。

圖8 DIC、TA與溫度、鹽度和DO的相關(guān)關(guān)系圖Fig.8 Correlations between DIC, TA and temperature, salinity, and dissolved oxygen(圖中彩圓點(diǎn)代表2011年4個(gè)季節(jié)航次獲取的200 m以淺內(nèi)陸架的數(shù)據(jù),黑色十字代表2011年4個(gè)季節(jié)航次中P12站數(shù)據(jù),灰色三角形代表2011年P(guān)N斷面3個(gè)季節(jié)的數(shù)據(jù)。DIC和TA變量的下標(biāo)代表不同水團(tuán),其中KSSW表示黑潮次表層水,SSW表示陸架表層水,SBW表示陸架底層水,CDW表示長(zhǎng)江沖淡水。)(The colored dots represent the data obtained from the four-season cruises in 2011 with depth less than 200 meters in inner shelf, the black cross data are from P12 station of the four-season cruises in 2011, and the grey triangles represent the downloaded three seasonal data in 2011 from PN section. The subscripts of the DIC and TA variables represent different water masses. KSSW: Kuroshio Subsurface Water; SSW: Shelf Surface Water; SBW: Shelf Bottom Water; CDW: Changjing Diluted Water.)

在內(nèi)陸架，DIC和TA與鹽度的相關(guān)性均受水團(tuán)混合的影響，且TA與鹽度的相關(guān)性更好；在外陸架，深層水鹽度變化很小，但DIC和TA存在較大空間差異(圖8c和8d)。在內(nèi)陸架，TA與鹽度呈線性相關(guān)：TA=11.70×S+1 847，其中S為鹽度。由此推算，鹽度為0的淡水段TA為1 847 μmol·kg-1，這一結(jié)果與2011年在長(zhǎng)江沖淡水段的實(shí)測(cè)TA數(shù)據(jù)基本一致[20]；P12站表層水(S=34)的TA為 2 244 μmol·kg-1，內(nèi)陸架外海底層水(S=34.7)的TA為2 280 μmol·kg-1; 而在外陸架的深層水中，TA為2 356 μmol·kg-1。DIC與鹽度的相關(guān)性相對(duì)TA較不顯著，主要受夏季和秋季的生物地球化學(xué)過(guò)程影響。對(duì)應(yīng)地推算了鹽度為0的淡水段DIC=1 685 μmol·kg-1(DIC=9.8×S+1 685，R2=0.10)；內(nèi)陸架外海底層水(S=34.7)的DIC為2 028 μmol·kg-1；而在外陸架的深層水中，DIC為2 315 μmol·kg-1。DIC和TA雖然主要受到長(zhǎng)江沖淡水和外海水混合的影響，但由于長(zhǎng)江沖淡水中DIC和TA存在季節(jié)乃至月份的差異[20,33,40]，在使用文獻(xiàn)中的TA-S的相關(guān)關(guān)系式時(shí)仍然需要根據(jù)航次實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算分析。

DIC和TA與DO的相關(guān)性在外陸架和內(nèi)陸架均存在差異(圖8e和8f)，DIC隨DO變化得更為顯著。在深水站位(P12站和PN斷面)，DIC與DO呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系；TA則在DO小于160 μmol·L-1時(shí)與DO呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，但在DO大于160 μmol·L-1時(shí)，基本保持穩(wěn)定在2 244～2 280 μmol·kg-1之間。從內(nèi)陸架4個(gè)季節(jié)的數(shù)據(jù)上看，春季和冬季的DIC與DO沒(méi)有相關(guān)關(guān)系，夏季和秋季的DIC與DO存在負(fù)相關(guān)關(guān)系但并不顯著，且斜率小于外陸架深層水。這可能是呼吸降解和海-氣交換等共同作用的結(jié)果。相對(duì)于深層水中較長(zhǎng)時(shí)間的通風(fēng)作用，200 m 以淺內(nèi)陸架水的水體交換時(shí)間相對(duì)較短。內(nèi)陸架的TA與DO的關(guān)系與外陸架200 m以淺的情況類似，TA基本穩(wěn)定在2 244～2 280 μmol·kg-1之間，只有在夏季的低鹽站位，出現(xiàn)TA相對(duì)較低的特征(圖8d)。

3.2 東海內(nèi)陸架與外陸架區(qū)的缺氧、酸化信號(hào)對(duì)比

海水碳酸鹽體系參數(shù)(特別是DIC和pH)與DO之間存在顯著相關(guān)關(guān)系，且東海內(nèi)陸架為季節(jié)性缺氧區(qū)，其形成的原因包括黑潮次表層水的入侵、地形、有機(jī)質(zhì)呼吸降解等。通過(guò)比較外陸架和內(nèi)陸架缺氧和酸化的差異，可為缺氧和酸化的預(yù)測(cè)提供依據(jù)。

LUI et al[41]根據(jù)1982—2007年在PN斷面觀測(cè)的數(shù)據(jù)，計(jì)算出目前東海陸架至沖繩海槽區(qū)域海水的酸化速率。結(jié)果顯示，受水體中表觀耗氧量(AOU)增加的影響，在沖深海槽900 m水深處，海水酸化的速率為-0.000 86±0.000 17 pH·a-1；在東海陸坡區(qū)，海水的酸化速率為-0.000 82±0.000 57 pH·a-1。這一量值分別相當(dāng)于由海-氣交換平衡計(jì)算得到的海洋酸化速率(-0.001 6 pH·a-1)的54%和51%。除了考慮外海水的輸入和大氣CO2的增加外，陸源營(yíng)養(yǎng)鹽輸入引起的有機(jī)質(zhì)降解等過(guò)程，可能使得沿岸內(nèi)陸架水體有著更快的酸化速率。在夏威夷站[42]和日本海[43]的觀測(cè)結(jié)果亦顯示，次表層水的酸化速率可能更快，主要是北太平洋通風(fēng)作用的減弱，使得更多的有機(jī)質(zhì)礦化形成DIC，消耗DO，并降低海水中的pH值[43]。

在真光層以下區(qū)域，海水的pH變化主要與有機(jī)質(zhì)降解和人類活動(dòng)產(chǎn)生的CO2入侵有關(guān)[42-43]。根據(jù)Redfield的化學(xué)計(jì)量關(guān)系，不同深度的生物吸收或有機(jī)物分解引起的pH/AOU斜率為-0.002 5 pH/(μmol·kg-1)[41]。黑潮次表層水中的pH降低不僅受人類活動(dòng)來(lái)源的CO2增加的影響，也與次表層水體中化學(xué)表觀耗氧量(AOU)的增加有關(guān)。具有較低CO2緩沖能力的海水也具有較高的pH/AOU斜率值[2]。墨西哥灣底層海水中pH/AOU斜率為 -0.002 0 pH/(μmol·kg-1)[44]，東海黑潮次表層水中(PN斷面)pH/AOU的斜率為-0.002 7±0.000 1 pH/(μmol·kg-1)[41]。深層水中由于通風(fēng)作用較弱，其積累的酸化信號(hào)較陸架區(qū)更為顯著，進(jìn)一步影響到東海的低氧和酸化狀況。

2011年在長(zhǎng)江口-東海P斷面的觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，DIC與AOU之間存在較為顯著的正相關(guān)關(guān)系(圖9a)，但200 m以淺的內(nèi)陸架區(qū)水體的變化速率要慢于外陸架水體，引起這一速率差異的原因主要在于水體交換時(shí)間的差異。同樣地，內(nèi)陸架淺水區(qū)和外陸架深水區(qū)的pH與AOU之間均存在較為顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，隨著AOU的增加，pH減小 (圖9b)。在PN斷面和P12站，pH隨AOU的變化斜率分別為 -0.002 7 pH/(μmol·kg-1)和 -0.002 5 pH/(μmol·kg-1)，和LUI et al[41]的結(jié)果一致；內(nèi)陸架淺水區(qū)的pH隨AOU的變化斜率為-0.001 8 pH/(μmol·kg-1)，略低于外陸架水體。這一現(xiàn)象與深層水中通風(fēng)時(shí)間較長(zhǎng)，存在酸化的累積效應(yīng)有關(guān)。在內(nèi)陸架區(qū)，由于較強(qiáng)的水動(dòng)力條件，水體的交換時(shí)間相對(duì)較短，底層的高DIC水體由于風(fēng)等引起的混合作用釋放至大氣，從而略減緩了水體內(nèi)部酸化信號(hào)的累積。用DIC/TA比值來(lái)代表海水對(duì)CO2緩沖能力的強(qiáng)弱(圖9c和9d)，可以看出，在夏季DIC/TA比值從低鹽區(qū)的0.95降至中鹽度區(qū)的0.82，再增加至高鹽區(qū)的0.90。DIC/TA比值與AOU呈較為顯著的正相關(guān)性，隨著AOU的增加，DIC/TA比值升高，海水緩沖能力減弱。綜上，由于有機(jī)質(zhì)降解引起的次表層海水酸化更為顯著，深層水中的碳酸鹽體系的緩沖能力較弱。但隨著次表層水體向陸架區(qū)的涌升，外海水輸入的酸化信號(hào)對(duì)內(nèi)陸架的影響也不容忽視。

圖9 海水DIC、pH、DIC/TA比值和表觀耗氧量(AOU)關(guān)系圖以及DIC/TA與鹽度關(guān)系Fig.9 Plot of seawater DIC、pH、DIC/TA versus apparent oxygen consumption (AOU), and DIC/TA versus salinity(圖中彩色圓點(diǎn)代表2011年4個(gè)季節(jié)航次獲取的200 m以淺內(nèi)陸架的數(shù)據(jù)；黑色十字代表2011年4個(gè)季節(jié)航次中P12站數(shù)據(jù)；灰色三角形為下載的2011年P(guān)N 斷面數(shù)據(jù)。圖a～c中的線性回歸曲線選取了AOU>0的數(shù)據(jù)點(diǎn)作圖。)(The colored dots represent the data obtained from the four-season cruises in 2011 with depth less than 200 meters in inner shelf, the black cross data are from P12 station of the four-season cruises in 2011, and the grey triangles represent the downloaded three seasonal data in 2011 from PN section . The linear regression curves in figures a-c select the data points with AOU>0 for plotting.)

4 結(jié)論

本文根據(jù)2011年3月、7月、11月和12月4個(gè)不同季節(jié)航次獲取的長(zhǎng)江口海域海水碳酸鹽體系參數(shù)數(shù)據(jù)，探討了長(zhǎng)江口-東海P-PN斷面溶解DIC和TA的空間分布特征及其影響因素，主要結(jié)論如下。

(1)200 m以淺的內(nèi)陸架區(qū)DIC和TA均表現(xiàn)為：夏季<秋季<冬季<春季；其中受長(zhǎng)江沖淡水的影響，夏季DIC的平均質(zhì)量摩爾濃度為1 996±69 μmol·kg-1, TA為2 232±27 μmol·kg-1。斷面分布上，夏季和秋季受長(zhǎng)江沖淡水影響，DIC和TA出現(xiàn)層化現(xiàn)象，春季和冬季則垂直混合均勻。外陸架區(qū)(P12站)的DIC和TA均隨深度增加而增加，且季節(jié)性差異較小。

(2)東海內(nèi)陸架DIC與溫度和DO呈顯著負(fù)相關(guān)；TA則受溫度和DO變化影響較小，與鹽度呈正相關(guān)。長(zhǎng)江沖淡水和外海水的水團(tuán)混合是影響TA分布的主要因素。長(zhǎng)江沖淡水段的TA約為1 847 μmol·kg-1，內(nèi)陸架外海表層水中TA約為2 244 μmol·kg-1，內(nèi)陸架外海底層水中TA約為2 280 μmol·kg-1，外陸架1 000 m深層水中TA約為2 356 μmol·kg-1。

(3)DIC與表觀耗氧量(AOU)呈顯著正相關(guān)，而pH與表觀耗氧量(AOU)呈顯著負(fù)相關(guān)。在東海外陸架，pH隨AOU的變化斜率為 -0.002 7 pH/(μmol·kg-1)；而內(nèi)陸架淺水區(qū)的pH隨AOU的變化斜率為-0.001 8 pH/(μmol·kg-1)，低于外陸架水體中pH隨AOU的變化率。內(nèi)陸架區(qū)由于存在季節(jié)性的通風(fēng)作用，海水碳酸鹽體系緩沖能力較強(qiáng)，從而在一定程度上緩解了內(nèi)陸架底層水體中的季節(jié)性酸化信號(hào)。

致謝感謝JMS提供的PN斷面數(shù)據(jù)，下載自http:∥www.data.jma.go.jp/gmd/kaiyou/db/vessel_obs/data-report/html/ship/ship.php。感謝中國(guó)海洋大學(xué)趙亮老師課題組提供的水文數(shù)據(jù)，感謝“東方紅2號(hào)”科考船全體人員在航次期間的幫助。