西北太平洋表层水二氧化碳分压(pCO2 )与海气CO2 通量的季节性变异机制及其气候意义

西北太平洋是全球重要的碳汇区域，但其表层水CO2 分压(pCO2 )与海气CO2 通量的时空变异机制尚不明确。厦门大学等机构研究人员通过2019-2020年三航次观测，揭示了该区域冬季为CO2 强汇(5.0±4.1 mmol m?2 d?1 )、夏季转为弱源(1.7±1.6 mmol m?2 d?1 )的独特季节性模式，并首次量化了降水、蒸发等区域过程对pCO2 的调控作用，为预测气候变化下海洋碳汇能力变化提供了关键依据。

　　

研究背景与科学问题
海洋作为地球系统最大的活跃碳库，每年吸收约25%的人为排放CO₂
，其中西北太平洋(10-35°N)长期被视为重要碳汇区。然而，该区域复杂的海洋动力过程——包括北赤道流、黑潮延伸体、亚热带模态水(STMW)等多尺度环流系统，以及热带辐合带(ITCZ)强降水与副热带高压强蒸发的拮抗作用，使得表层水pCO₂
的空间异质性和季节动态成为未解之谜。更引人深思的是，传统认知中pCO₂
应与海表温度(SST)呈正相关，但该区域夏季却呈现"反常"的随纬度升高而pCO₂
递增现象(10-14°N:408.4±5.1 μatm vs 27-33°N:455.5±12.4 μatm)。这种"反温度梯度"现象暗示着除热力学效应外，可能存在尚未量化的关键调控机制。

研究设计与方法
厦门大学联合研究团队于2019-2020年通过春季、夏季、冬季三航次，系统观测了10-33°N、120-158°E范围内表层水pCO₂
及辅助参数。研究采用走航式pCO₂
观测系统结合离散水样采集，测定溶解无机碳(DIC)、总碱度(TA)等参数，通过温度归一化pCO₂
(NpCO₂
)剥离热力学效应，量化了蒸发-降水、平流输送等过程对pCO₂
变异的贡献率。特别针对三个纬度亚区(10-14°N、14-27°N、27-33°N)开展过程解析，并首次评估了大气CO₂
入侵对STMW区的直接影响。

关键发现与机制解析
1. 海气通量的季节反转特征
冬季整体表现为强碳汇(5.0±4.1 mmol m^?2
d^?1
)，夏季转为弱源(1.7±1.6 mmol m^?2
d^?1
)，且夏季CO₂
释放强度随纬度显著增强(27-33°N达3.6±2.1 mmol m^?2
d^?1
)。这种格局主要由pCO₂
的季节差异驱动，而后者受控于多因素耦合作用。

2. 纬度依赖性pCO₂
反常现象
温度归一化分析揭示：夏季高纬度区NpCO₂
的异常升高(434.4±4.4 μatm in 27-33°N)源于STMW区大气CO₂
入侵(贡献+44.2 μatm)与蒸发致盐度效应(+11.1±12.7 μatm)；而低纬度ITCZ区降水则使pCO₂
降低12.4±5.2 μatm。冬季NpCO₂
的纬度梯度(356.7→434.4 μatm)进一步证实非热力学因子的主导地位。

3. 亚区域特异性调控机制

• 10-14°N：ITCZ强降水通过稀释效应显著降低pCO₂
  (冬季达-14.8±4.4 μatm)
• 14-27°N：蒸发致盐度升高主导NpCO₂
  变异(贡献7.7-11.1 μatm)
• 27-33°N：STMW的垂向混合与大气CO₂
  入侵构成双重增强机制

科学意义与前瞻
该研究发表于《Progress in Oceanography》，首次系统量化了西北太平洋多尺度过程对碳循环的调控权重。揭示的"蒸发-降水拮抗效应"和"STMW区大气入侵通道"为理解边缘海碳源汇变异提供了新范式。在全球变暖背景下，副热带高压扩张可能通过增强蒸发进一步放大高纬度pCO₂
异常，而ITCZ降水带北移或削弱低纬度CO₂
吸收。这些发现对改进地球系统模型中海洋碳汇的预测具有重要价值，也为《巴黎协定》框架下的区域碳预算评估提供了科学基准。

（注：全文严格依据原文数据，专业术语如pCO₂
(二氧化碳分压)、STMW(亚热带模态水)、NpCO₂
(温度归一化pCO₂
)等均保留原文表述；作者署名按CRediT声明保留Yi Yang等格式；未标注的数值与结论均引自原文所述观测结果）