北极地区是对全球变化响应和反馈最敏感的地区之一,由全球变化引发的以夏季北极海冰快速减薄、退缩为代表的一系列北极快速变化过程,举世瞩目,吸引了全世界全球变化研究者的目光。欣逢50年一遇的第4个国际极地年（IPY）,作为IPY中国行动计划的重点考察计划之一,2008年7～9月,中国进行了第三次北极科学考察。本研究即利用此次宝贵的科学考察机会,在白令海与西北冰洋进行海—气CO₂走航观测以及现场采集大量的海水样品进行二氧化碳体系（包括pH,总碱度（TA）,溶解总无机碳（DIC）等）研究,总共采集121个站位共1166份海水样品,其中白令海35个站位,北冰洋86个站位,每个站位都进行全深度采样测量。本研究通过对白令海和西北冰洋的二氧化碳体系进行深入研究,阐述CO₂体系在白令海和西北冰洋的分布状况,揭示造成其分布变化规律的主要影响因素,评估快速变化中的北极碳通量及其未来变化,借此增加我们对白令海和西北冰洋碳通量对北极快速变化响应的理解与认识。本论文主要研究结果如下:1、夏季白令海总体上表现为大气CO₂的汇区。夏季白令海表层海水pCO₂的分布状况为:中部陆架区＜海盆区＜东北部陆架区＜白令海峡上升流区。其中,白令海中部陆架区为213±34μatm（148-301μatm）;白令海盆区平均pCO₂值为297±51μatm（178～374μatm）;而白令海东侧陆架由于受径流冲淡水影响,pCO₂值上升到为332±30μatm（277～387μatm）;此外,在白令海峡观测到有局部上升流区,由于底层水中含有较多的CO₂,其pCO₂值上升至476±68μatm（302～562μatm）。2、对白令海不同区域的pCO₂主要调控因子的分析表明,夏季白令海盆区pCO₂的分布主要与表层水温（由北向南增温）密切相关,受溶解度泵（物理泵）主控;陆架区则不同,由于高生产力的影响,生物泵成为pCO₂的主要调控因子。但其中,东北部陆架由于受到径流冲淡水影响,pCO₂受水团非保守混合影响,情况相对复杂;在陆架上升流区,pCO₂受到水文物理因素的主控,虽然生产力和叶绿素都很高,但是仍为一个源区;而在白令海峡,则受到不同水团及其混合的主控,这些水团共同通过狭窄的白令海峡,向北流入北冰洋。3、对CO₂体系参数的分析研究表明:夏季白令海表层水DIC、TA值的范围分别为DIC:1827～2145μmolkg^-1,TA:2097～2244μmol kg^-1。夏季白令海表层TA分布主要受淡化作用等因素的影响,而DIC由于受到多种因素综合影响呈现出复杂的变化。白令海上层水柱中TA主要受水团保守混合等过程影响,没有明显的碳酸钙溶解/沉淀等变化过程的影响。利用盐度标准化（S=35）去掉蒸发或淡化的影响之后（分别表示为nDIC和nTA）,从nDIC与nTA的相关关系表明,nTA与nDIC的数据点的分布明显更加集中,而且成负相关的关系,其ΔnTA/ΔnDIC值接近Radfield比值,说明生物作用对夏季白令海上层水体DIC影响显著,成为主要控制因子。4、用平均风速和平均pCO₂估算白令海测区的陆架陆坡区和海盆区海-气CO₂通量分别为-12.3 mmol m^-2 d^-1和-7.6 mmol m^-2 d^-1,白令海每年吸收～30Tg C。5、整个西北冰洋测区在夏季对于大气CO₂都是不饱和的。西北冰洋的pCO₂的大致分布状况是:楚科奇海区＜加拿大海盆海冰区＜门捷列夫海脊区＜加拿大海盆无冰区。夏季楚科奇海陆架整体pCO₂值都很低,在132～301μatm之间波动,平均值为200μatm。而陆坡区则明显升高,自陆架边缘的218μatm低值剧烈递增到367μatm。陆架区由于源自北太平洋富含营养盐入流水的注入,保持着高速率的非常高的季节性初级生产力和净群落生产力,生物作用对CO₂的强吸收导致了海水pCO₂的低值,这是保持楚科奇海在夏季是一个强汇区的主要原因。在陆架坡折处,pCO₂值由陆坡向海盆开始递增,并且在75°N,155°W为中心的海盆形成了一个高值区（303～363μatm）,这是由于早期初级生产的有机质再矿化造成的,也受到了富含有机质的河流水的影响。除了75°N,155°W为中心的高值区外,加拿大海盆的pCO₂并不高,范围为230～303μatm,主要是受冰藻等浮游植物对CO₂的生物吸收作用、低pCO₂水向海盆的水平输运,以及水团北向输运冷却造成的。6、西北冰洋表层TA、nTA、DIC、和nDIC的范围分别为1757～2229μmolkg^-1,2383～2722μmol kg^-1,1681～2034μmol kg^-1和2119～2600μmolkg^-1。海盆区的TA、DIC,陆坡区的DIC和陆架陆坡区的TA与盐度呈现很好的线性关系,呈现保守混合。其中海盆区和陆坡区ΔnTA几乎与ΔnDIC同步变化,ΔnTA/ΔnDIC值约为1,表明海盆区和陆坡区水体碳酸盐体系主要是由保守混合所主控。在楚科奇海的陆架区,DIC在盐度29到33的区域有强烈的生物去除过程,而在低盐和高盐端相对保守。7、楚科奇海陆架区和陆坡区的平均海-气CO₂通量为-16.5和-6.7 mmolm^-2 d^-1,得到楚科奇海区年吸收CO₂的量为～10.9T g。基于海冰条件和加拿大海盆各个区域海水pCO₂的变异性,把加拿大海盆区分为4个区来研究:无冰区、浮冰区、密集海冰区、门捷列夫海脊区的通量分别为-3.6,-5.2,-0.5和-7.0 mmol m^-2d^-1。