珠江口沿岸水域二氧化碳分压(pCO2)时空动态调控机制及其对碳汇的启示

本研究通过构建高分辨率三维物理-生物地球化学耦合模型，揭示了珠江口沿岸水域二氧化碳分压(pCO2)的时空变化规律，阐明温度效应、生物活动和水体分层对pCO2的调控作用，发现该区域冬季呈现显著CO2汇(-4.02 mmol m-2 d-1)，为评估人类活动与气候变化下海岸带碳循环提供理论支撑。

　　

海洋作为地球系统最大的碳库，其吸收大气CO₂的能力对实现碳中和目标至关重要。然而占海洋面积仅7%的陆架海，却贡献了14-30%的海洋初级生产力，其碳循环过程因复杂的物理-生物-化学耦合作用而充满不确定性。珠江口作为典型的亚热带边缘海，其沿岸水域(Coastal Waters of Pearl River Estuary, CWPRE)表现出独特的碳汇特征——既不同于高pCO₂的内河口，也区别于开放海域，但调控这种特殊碳动态的机制尚不明确。

天津大学海洋科学与技术学院的研究团队在《Marine Environmental Research》发表研究，通过构建区域海洋模拟系统(ROMS)与生物地球化学模块耦合的高分辨率三维模型，首次系统解析了CWPRE区域pCO₂的时空变异规律及其驱动机制。研究采用卫星遥感和现场观测数据验证模型，通过DIC收支分析和多元回归等方法，揭示了不同季节的主导调控因子。

关键技术包括：1) 基于ROMS框架的物理-生物地球化学耦合建模；2) 采用MPDATA格式的三维示踪物平流算法；3) 结合Mellor-Yamada 2.5阶湍流参数化的垂直混合过程；4) 利用Pearson相关系数和标准化偏差进行多参数验证；5) 通过DIC收支量化各过程对碳循环的贡献。

物理场验证
模型成功再现了温度(相关系数0.75)、盐度(0.82)和营养盐的时空变化，对DIN和DIP的模拟偏差分别控制在0.81和0.78以内，准确捕捉了珠江冲淡水羽流对沿岸水域的影响。

结论
冬季pCO₂呈现"先降后升"的空间格局，海表温度(SST)是主要调控因子；夏季则转为非温度效应主导，叶绿素浓度和水体分层强度通过影响生物活动和垂直交换显著改变pCO₂分布。季节过渡期分析显示：春夏季生物活动增强使pCO₂降低达-4.02 mmol m^-2 d^-1；而夏秋季水平平流通过减少总碱度，促使pCO₂振荡上升。

该研究首次量化了CWPRE区域多尺度过程对碳循环的相对贡献，证实沿岸水域作为重要碳汇的生态功能。Gang Guo等提出的耦合模型框架为预测气候变化下边缘海碳通量演变提供了方法论基础，对完善全球陆架海碳预算评估具有重要科学价值。研究强调在评估区域碳汇能力时，必须综合考虑物理混合、生物泵效应和陆地输入的三维耦合作用，这为制定海岸带蓝碳管理策略提供了理论依据。