中文摘要：

近年来，全球气候变暖已引起了海平面升高、两极冰山融化、海洋气象灾害等一系列海洋环境问题，海洋碳循环研究作为全球碳循环研究的关键组成部分，成为当前研究的热点问题。中国南海位于青藏高原和西太平洋暖池之间，对全球气候变化的响应十分敏感。本项目选择南海海区为主要研究对象，结合历史资料与现场调查资料，开展南海海洋生态系统碳循环对气候变化响应的主要内部机制及其过程研究。通过三维环流模式与海洋生态碳循环模式相结合，建立南海精细化三维海洋生态系统碳循环模型，并利用该模型数值研究气候变化（PDO、ENSO和东亚季风）对南海海洋生态环境碳循环分布及其时空演变规律的影响。开展南海海洋生态系统碳循环模型研究，更好地理解和量化南海海洋生态系统碳汇源强弱和时空格局，不论是从科学角度还是从我国有关政策的制定，都有重要的理论和现实意义。

结论摘要：

海洋碳循环是全球碳循环研究的关键组成，在控制大气二氧化碳浓度、减缓温室效应以及调节气候变化起着重要作用。本项目开展南海生态系统碳循环精细化研究，理解和量化南海碳汇源分布时空格局，既是全球气候变化、碳循环及区域性响应研究的良好互补，又对促进我国经济可持续发展、维护南海海洋权益、应对国际政治经济局势具有重要意义。 完成了历史调查和现场调查航次共5个，分析了南海北部、中南部海气二氧化碳分压（pCO2sea）的空间分布变化和环境因素，推断出南海东北部海表温度是主控因子之一。结合海气交换公式，估算了春季南海东北部海气界面碳通量为碳源。这些调查数据为南海生态系统碳循环模式研究提供了良好的分析基础。 基于区域海洋模式系统ROMS (Regional Ocean Modeling Systems) ，建立了南海中尺度涡识别的高分辨率动力模式，验证了上层、深层环流和黑潮，给出了气旋涡的涡旋速度和活动面积，以及黑潮入侵的强度和季节变化，讨论了南海中尺度涡的多涡结构、涡动动能和涡致热量输运的垂直结构和季节变化，为南海生态系统碳循环模式的建立提供了可靠的物理背景场。 以ROMS水动力模型为物理背景场，结合南海环境特征，基于海洋生态动力学模式NPZD（Nitrate Phytoplankton Zooplankton Detritus），构建了高分辨率三维水动力-生态系统碳循环模式，完成了模型配置和状态变量初始值的选取，优化了模型公式和参数，模型改进后在模拟南海生态系统碳循环上体现出理想的效果，营养盐、叶绿素和溶解氧也得到较好的对比验证。 利用精细化三维水动力-生态系统碳循环数值模式，估算了南海pCO2sea和海气二氧化碳通量的季节分布变化，讨论了南海典型海域包括东北和西南部生态要素及碳循环的分布特征和影响关系，pCO2sea 和碳通量与海表温度成呈正相关。1990~2010年期间， pCO2sea距平值增长速率为2.33μatm yr-1 ，pH距平值降低速率为0.0022yr-1，海水呈酸化现象；碳通量呈现季节和年际变化特征，与NINO3指数的分析表明，强厄尔尼诺时期，碳通量也显著增加，即碳源变强。南海整体表现为碳弱源，每年向大气中释放约17.12Tg碳。