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海洋吸收大气中过量人为二氧化碳(CO2)，引起海洋酸化，威胁钙化生物甚至整个海洋生态系统。在高生产力的近海海域，大量藻类和其他生源颗粒沉降后矿化分解，过度消耗跃层以下水体中的溶解氧(DO)并释放大量CO2，进一步加剧近海水体酸化。这种近海酸化现象可在数月内迅速发展形成，还会与大气CO2浓度上升产生叠加效应，造成近海水体的酸化速率及程度都高于开阔大洋，对近海海洋生物造成重大的环境胁迫。近年来中国各海区水体出现了不同程度的由群落呼吸造成的季节性脱氧酸化，但目前相关研究大多局限于单一海区或同一环流体系，不利于把握近海酸化状况的整体格局，也不足以阐明近海酸化与缺氧之间的耦合关系。因此，开展近海跨海区多体系之间的比较研究，有助于科学认识近海区域差异化的季节性酸化和缺氧现象，探明近海酸化与缺氧的关系，识别易受海洋酸化影响的敏感区域，为未来海洋酸化趋势预测及环境管理政策制定提供科学依据。
针对高生产力近海海域经常发生缺氧-酸化这一全球性的重大环境问题，本研究以黄海(季节性酸化问题突出但不缺氧)和东海北部(夏季频发缺氧但酸化问题并不引人注目)两个代表性海区为主要研究对象，基于纬度分异进行海水碳酸盐体系调查，分析黄海与东海北部碳酸盐体系和海水酸化的时空动态格局及其主控机制;结合水文和溶解氧参数，比较这两个海区的水体年度初始状态和暖季群落呼吸过程，探讨近海季节性酸化与缺氧之间的关系;通过进一步扩大比对区域，纳入了美国大河河口和东海岸海区，分析陆源碳酸盐输入对其邻近海域酸化的影响及其最终的归趋，探究近海季节性酸化的纬度分异规律，识别易受海洋酸化负面影响的区域。
本研究在黄海与东海北部共开展了7次季节性航次调查，涵盖了温暖湿润的夏季(2018年7～8月)、寒冷干燥的冬季(2017年12月～2018年1月)以及过渡期春季(2018年3～5月)和秋季(2017年10～11月和2018年10～11月)。冬春季，黄海DO、总氢离子标度pH(pHT)和文石饱和度(Ωarag)分别为291±27μmolO2kg-1、8.06±0.05和1.92±0.18;东海北部DO、pHT和Ωarag分别为258±33μmolO2kg-1、8.03±0.06和2.20±0.45。在黄海冷水团，夏季底层DO、pHT和Ωarag分别为248±25μmolO2kg-1、7.97±0.05和1.59±0.18;秋季底层DO、pHT和Ωarag分别为195±21μmolO2kg-1、7.85±0.04和1.28±0.09。在东海北部，夏季底层DO、pHT和Ωarag分别为126±29μmolO2kg-1、7.85±0.07和1.91±0.32;秋季底层DO、pHT和Ωarag分别为203±27μmolO2kg-1、7.98±0.05和2.60±0.29。秋季在黄海冷水团底层观测到的pHT和Ωarag最低值仅为7.71和1.07，但DO仍高于150μmolO2kg-1;夏季东海北部长江口外底层水体同时出现了缺氧(49～63μmolO2kg-1)和酸化(pHT7.68～7.71;Ωarag1.28～1.39)。
通过比较实测碳酸盐体系参数与大气平衡水平，本研究明确了黄海与东海北部底层水体中溶解无机碳DIC、DIC∶TAlk比值以及海水酸化指标pHT和Ωarag季节变化的主控机制:冬季，海-气再平衡过程主控海水碳酸盐体系，是水体年度初始值形成的先决条件;夏季，水体跃层以下的群落呼吸作用主导底层DIC和DIC∶TAlk比值的上升和底层pHT和Ωarag的下降;秋季，受降温和风搅动的影响，水柱分层被破坏，使得海水碳酸盐体系参数又趋于大气平衡水平。
黄海与东海北部都因暖季水体跃层以下群落呼吸作用出现底层水体季节性脱氧和同步的海水酸化现象。夏季长江口外东海北部底层缺氧和酸化同时出现，但黄海中部底层季节性酸化与缺氧并不相关。在暖季水体分层之前，较冷的黄海水年度初始DO值高于温暖的东海北部海水。在这两个海区，pHT年度初始值非常接近，但年度初始的DIC∶TAlk比值及Ωarag值差异较大。相对于东海北部，黄海年度初始的DIC∶TAlk比值较高而其年度初始的Ωarag值则较低。在纬度分异影响下黄海冬季溶解的O2和CO2都比东海北部多，这种冬季海-气再平衡主控的水体年度初始状态不同，造成了黄海季节性酸化与缺氧并不相关。
近海季节性酸化还受到河流冲淡水的影响。为了厘清河流陆源碳酸盐输入对近海酸化的影响，本研究结合历史数据量化评估中国长江口、鸭绿江河口和美国密西西比河口区域水体酸化指标对河流冲淡水稀释作用的耐受程度，并添加了理想状态下的雨水稀释案例作为参考进行比较。当海水Ωarag～～1.5，理想状态下的雨水(纯水)稀释案例表现为单位盐度下降对Ωarag的影响可以由DIC相对其保守线下降10μmolkg-1而抵消。长江输送陆源碳酸盐将其河口Ωarag对纯水稀释的耐受性提高了～12％(8.75～8.86相比于10)。长江口Ωarag对河流冲淡水稀释作用的耐受程度介于美国密西西比(9.43)和南黄海北部的鸭绿江河口(6.73)之间。此外，河流Ca2+输入进一步增强了近海碳酸盐体系对酸化的缓冲作用，将上述河口区域Ωarag对冲淡水稀释的耐受性再提高5～12％。本研究还采用DIC∶TAlk比值表征河口-近海碳酸盐体系的转变过程，研究陆源无机碳在近海的混合行为与归趋。基于2005～2017年长江口-东海历史调查资料，丰水期长江口外净群落生产活动可将长江DIC输出通量去除10％以上，而其TAlk输出通量则基本不受此类生物活动的影响，从而进一步驱动了河水碳酸盐体系(DIC∶TAlk比值≥1)向海水碳酸盐体系(DIC∶TAlk比值＜0.9)的转变。在长江口外生物生产力锋面位置观测到的DIC∶TAlk比值最低至0.7。此结论也进一步支持了Redfield在1960s或更早提出的观点，即生物活动对海水组分起着调控作用。上述河口-近海碳酸盐体系的生物变造过程在密西西比、亚马逊、珠江等大河的冲淡水区域也都会发生，因而具有地球科学上的显著性。
为了进一步探讨近海季节性酸化的纬度分异规律，本研究还收集了2015年7～8月中国东海岸和同年6～7月美国东海岸的碳酸盐体系历史调查数据集，对比分析中、美东海岸夏季碳酸盐体系参数和海水酸化的纬度分布特征。中、美东海岸夏季底层DIC∶TAlk比值都表现出自北向南下降的趋势，而其底层Ωarag表现出自北向南上升的趋势。海水酸化指标Ωarag与DIC∶TAlk比值均呈现出紧密的负相关关系，并且该关系的区域差异较小。当海水中游离CO2增加(DIC∶TAlk比值升高)，更多的CO32-则会被消耗，从而导致Ωarag下降。中、美东海岸对海洋酸化的敏感性都随着纬度自北向南降低，其北部陆架海(北黄海和缅因湾)底层DIC∶TAlk比值均高达～0.96，其对应的Ωarag已逼近～1。
综上所述，黄海与东海北部都因暖季水体跃层以下群落呼吸作用而发生底层季节性脱氧酸化，黄海季节性酸化问题突出但不缺氧，东海北部夏季频发缺氧却并未驱动比黄海更严重的海水酸化。黄海冬季水温比东海北部更低，在这一纬度分异影响下黄海冬季溶解的O2和CO2都比东海北部多。本研究提出这种冬季海-气再平衡主控的水体年度初始状态不同，是造成黄海季节性酸化与缺氧现象不相关的关键原因，这对今后近海缺氧-酸化耦合机制研究有较大的启发作用。本研究指出近海海水酸化指标与DIC∶TAlk比值之间存在紧密的负相关关系，显示出DIC∶TAlk比值在海洋酸化理论研究方面可能具有应用潜力。
针对高生产力近海海域经常发生缺氧-酸化这一全球性的重大环境问题，本研究以黄海(季节性酸化问题突出但不缺氧)和东海北部(夏季频发缺氧但酸化问题并不引人注目)两个代表性海区为主要研究对象，基于纬度分异进行海水碳酸盐体系调查，分析黄海与东海北部碳酸盐体系和海水酸化的时空动态格局及其主控机制;结合水文和溶解氧参数，比较这两个海区的水体年度初始状态和暖季群落呼吸过程，探讨近海季节性酸化与缺氧之间的关系;通过进一步扩大比对区域，纳入了美国大河河口和东海岸海区，分析陆源碳酸盐输入对其邻近海域酸化的影响及其最终的归趋，探究近海季节性酸化的纬度分异规律，识别易受海洋酸化负面影响的区域。
本研究在黄海与东海北部共开展了7次季节性航次调查，涵盖了温暖湿润的夏季(2018年7～8月)、寒冷干燥的冬季(2017年12月～2018年1月)以及过渡期春季(2018年3～5月)和秋季(2017年10～11月和2018年10～11月)。冬春季，黄海DO、总氢离子标度pH(pHT)和文石饱和度(Ωarag)分别为291±27μmolO2kg-1、8.06±0.05和1.92±0.18;东海北部DO、pHT和Ωarag分别为258±33μmolO2kg-1、8.03±0.06和2.20±0.45。在黄海冷水团，夏季底层DO、pHT和Ωarag分别为248±25μmolO2kg-1、7.97±0.05和1.59±0.18;秋季底层DO、pHT和Ωarag分别为195±21μmolO2kg-1、7.85±0.04和1.28±0.09。在东海北部，夏季底层DO、pHT和Ωarag分别为126±29μmolO2kg-1、7.85±0.07和1.91±0.32;秋季底层DO、pHT和Ωarag分别为203±27μmolO2kg-1、7.98±0.05和2.60±0.29。秋季在黄海冷水团底层观测到的pHT和Ωarag最低值仅为7.71和1.07，但DO仍高于150μmolO2kg-1;夏季东海北部长江口外底层水体同时出现了缺氧(49～63μmolO2kg-1)和酸化(pHT7.68～7.71;Ωarag1.28～1.39)。
通过比较实测碳酸盐体系参数与大气平衡水平，本研究明确了黄海与东海北部底层水体中溶解无机碳DIC、DIC∶TAlk比值以及海水酸化指标pHT和Ωarag季节变化的主控机制:冬季，海-气再平衡过程主控海水碳酸盐体系，是水体年度初始值形成的先决条件;夏季，水体跃层以下的群落呼吸作用主导底层DIC和DIC∶TAlk比值的上升和底层pHT和Ωarag的下降;秋季，受降温和风搅动的影响，水柱分层被破坏，使得海水碳酸盐体系参数又趋于大气平衡水平。
黄海与东海北部都因暖季水体跃层以下群落呼吸作用出现底层水体季节性脱氧和同步的海水酸化现象。夏季长江口外东海北部底层缺氧和酸化同时出现，但黄海中部底层季节性酸化与缺氧并不相关。在暖季水体分层之前，较冷的黄海水年度初始DO值高于温暖的东海北部海水。在这两个海区，pHT年度初始值非常接近，但年度初始的DIC∶TAlk比值及Ωarag值差异较大。相对于东海北部，黄海年度初始的DIC∶TAlk比值较高而其年度初始的Ωarag值则较低。在纬度分异影响下黄海冬季溶解的O2和CO2都比东海北部多，这种冬季海-气再平衡主控的水体年度初始状态不同，造成了黄海季节性酸化与缺氧并不相关。
近海季节性酸化还受到河流冲淡水的影响。为了厘清河流陆源碳酸盐输入对近海酸化的影响，本研究结合历史数据量化评估中国长江口、鸭绿江河口和美国密西西比河口区域水体酸化指标对河流冲淡水稀释作用的耐受程度，并添加了理想状态下的雨水稀释案例作为参考进行比较。当海水Ωarag～～1.5，理想状态下的雨水(纯水)稀释案例表现为单位盐度下降对Ωarag的影响可以由DIC相对其保守线下降10μmolkg-1而抵消。长江输送陆源碳酸盐将其河口Ωarag对纯水稀释的耐受性提高了～12％(8.75～8.86相比于10)。长江口Ωarag对河流冲淡水稀释作用的耐受程度介于美国密西西比(9.43)和南黄海北部的鸭绿江河口(6.73)之间。此外，河流Ca2+输入进一步增强了近海碳酸盐体系对酸化的缓冲作用，将上述河口区域Ωarag对冲淡水稀释的耐受性再提高5～12％。本研究还采用DIC∶TAlk比值表征河口-近海碳酸盐体系的转变过程，研究陆源无机碳在近海的混合行为与归趋。基于2005～2017年长江口-东海历史调查资料，丰水期长江口外净群落生产活动可将长江DIC输出通量去除10％以上，而其TAlk输出通量则基本不受此类生物活动的影响，从而进一步驱动了河水碳酸盐体系(DIC∶TAlk比值≥1)向海水碳酸盐体系(DIC∶TAlk比值＜0.9)的转变。在长江口外生物生产力锋面位置观测到的DIC∶TAlk比值最低至0.7。此结论也进一步支持了Redfield在1960s或更早提出的观点，即生物活动对海水组分起着调控作用。上述河口-近海碳酸盐体系的生物变造过程在密西西比、亚马逊、珠江等大河的冲淡水区域也都会发生，因而具有地球科学上的显著性。
为了进一步探讨近海季节性酸化的纬度分异规律，本研究还收集了2015年7～8月中国东海岸和同年6～7月美国东海岸的碳酸盐体系历史调查数据集，对比分析中、美东海岸夏季碳酸盐体系参数和海水酸化的纬度分布特征。中、美东海岸夏季底层DIC∶TAlk比值都表现出自北向南下降的趋势，而其底层Ωarag表现出自北向南上升的趋势。海水酸化指标Ωarag与DIC∶TAlk比值均呈现出紧密的负相关关系，并且该关系的区域差异较小。当海水中游离CO2增加(DIC∶TAlk比值升高)，更多的CO32-则会被消耗，从而导致Ωarag下降。中、美东海岸对海洋酸化的敏感性都随着纬度自北向南降低，其北部陆架海(北黄海和缅因湾)底层DIC∶TAlk比值均高达～0.96，其对应的Ωarag已逼近～1。
综上所述，黄海与东海北部都因暖季水体跃层以下群落呼吸作用而发生底层季节性脱氧酸化，黄海季节性酸化问题突出但不缺氧，东海北部夏季频发缺氧却并未驱动比黄海更严重的海水酸化。黄海冬季水温比东海北部更低，在这一纬度分异影响下黄海冬季溶解的O2和CO2都比东海北部多。本研究提出这种冬季海-气再平衡主控的水体年度初始状态不同，是造成黄海季节性酸化与缺氧现象不相关的关键原因，这对今后近海缺氧-酸化耦合机制研究有较大的启发作用。本研究指出近海海水酸化指标与DIC∶TAlk比值之间存在紧密的负相关关系，显示出DIC∶TAlk比值在海洋酸化理论研究方面可能具有应用潜力。