詹姆斯湾溶解有机物与钡的分布特征及气候变化指示意义：基于DOM-DOC耦合模型与淡水示踪技术的研究

本研究针对北极詹姆斯湾碳循环监测难题，通过2021-2022年夏季航次数据，建立了基于CDOM吸收系数（a275 /a295 ）的DOC预测模型（MAPE=11%），结合PARAFAC组分、S275–295 光谱斜率及溶解钡等多参数示踪体系，首次揭示了该区域DOM三维分布格局与淡水运移路径，为气候变化下碳库演变评估提供基准数据。

　　

在全球气候变化加剧的背景下，北极地区正经历着前所未有的环境剧变。作为全球碳循环的关键环节，溶解有机物（DOM）的动态变化直接影响着海洋碳汇功能。詹姆斯湾——这个位于加拿大哈德逊湾南缘的浅水海域，不仅是北半球重要的淡水输入区（年径流量达270 km³
），更是永久冻土带（Permafrost）与北方森林的交汇处。随着永久冻土加速融化、植被群落演替以及人类活动干扰，大量封存碳正通过河流输入海洋系统。然而，传统DOC检测依赖昂贵的高温催化氧化法，在偏远北极地区实施困难；而现有CDOM-DOC预测模型多针对波弗特海等区域开发，缺乏对詹姆斯湾这种高淡水输入系统的适用性验证。

由加拿大研究人员Justin Forget领衔的研究团队在《Journal of Marine Systems》发表的研究，通过两次夏季综合考察（2021-2022年），首次构建了覆盖詹姆斯湾全海域的DOM三维分布图谱。研究创新性地将光学特性（a₃₅₀
、S_275–295
）、荧光组分（PARAFAC解析的3类腐殖质与1类蛋白组分）与溶解钡等指标整合为多维示踪体系，不仅建立了误差仅11%的本地化DOC预测模型，更揭示了淡水输入驱动的DOM空间分异规律。

关键技术方法包括：1）使用Seabird 19plus V2 CTD获取160个站位的温盐深剖面；2）通过紫外分光光度法测定CDOM吸收系数（a₂₇₅
/a₂₉₅
/a₃₅₀
）；3）应用平行因子分析（PARAFAC）解析荧光激发发射矩阵（EEMs）；4）采用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）测定溶解钡浓度；5）通过木质素酚单体比值（C/V、S/V）追溯陆源植被类型。

【物理结构特征】
密度场分析显示：北部深水区存在密度跃层（σ₀
=15-24 kg m^?3
），形成南北水体交换屏障；西北表层水密度年际差异达3.16 kg m^?3
，反映哈德逊湾入流的不稳定性。

【DOM空间分异】
模型验证：基于a₂₇₅
/a₂₉₅
的双波长模型显著优于单波长模型（R²
=0.89）。空间分布显示：1）南部受河流输入影响形成高DOM区（DOC>200 μM）；2）东北部La Grande河输入区呈现低盐低DOM特征；3）深层北区DOM均质化（<100 μM），而南区沿东海岸存在高DOM羽流。

【淡水示踪体系】
溶解钡与DOC（r=0.82）、a₃₅₀
（r=0.79）显著相关，证实其作为保守性示踪剂的可靠性。木质素特征比值（C/V=0.15±0.02，S/V=0.28±0.03）指示流域以针叶木本植被（Gymnosperm）为主，区别于哈德逊湾北部河流的植被组成。

【气候意义】
研究建立的DOM基准分布模式，为评估永久冻土融化（Permafrost thaw）导致的碳释放提供了关键参照。特别是发现的海底山脊（Sill）对南北水体交换的阻隔效应，预示气候变化下南部富碳水体可能形成局部碳汇。提出的多参数示踪策略（CDOM-钡-木质素联用），为北极社区参与碳监测提供了技术可行性方案。

该研究不仅填补了詹姆斯湾碳循环数据的空白，其开发的低成本DOC预测模型更可直接应用于北极其他淡水主导系统。随着哈德逊湾低地（HBL）29-31 Gt碳库的持续释放，这套方法论将成为追踪"碳炸弹"去向的重要工具。正如作者强调的，未来需拓展季节动态观测并验证模型在近岸高浊度水域的适用性，以应对快速变化的北极环境。