我国对东海和南海的碳通量研究引起了国际学术界的广泛关注，并推进了全球陆架边缘海碳循环研究。不同纬度、具有不同生态结构的东海和南海所表现的不同碳源碳汇季节特征以及碳的净交换量受控于不同的过程与机制，这对全球陆架边缘海碳循环问题研究的意义重大，也是国际海洋界的争论焦点之一[Thomas et al., Science, 2004, 304, 1005; Cai & Dai, 2004, Science, 306, 1477c; Thomas et al., Science, 2004, 306, 1478c]。
鉴于以上科学视点，本项目的核心科学假设是：
陆架边缘海吸收CO2与否、以及CO2吸收量值的时空变异性，受控于一系列物理和生物地球化学过程，如陆源碳的输入、陆架边缘海生物泵、CO2溶解及向大洋输送的共同作用。由于东海水温较低、生物泵效率较高、向大洋输送的碳通量显著且长江等河流输入的碱度较大，我国东海是大气CO2的汇；而南海（至少南海北部陆架区）是大气CO2的弱源，这与南海水温较高、生态系统结构以微型生物为主（生物泵效率较低）以及南海半封闭的地形特征相关。
工业革命以来，世界大洋吸收大量CO2，增加了海水酸度，对海域生态系统产生深刻影响，并同时减弱碳酸盐系统的缓冲容量，降低海洋进一步吸收大气CO2的能力。该过程在边缘海系统也应该存在，但由于边缘海系统生态结构差异显著， 其表现更为复杂。
由此，本计划的关键科学问题是：
碳通量季节和年际尺度上的分布格局及其变化、主要控制过程与机理，海洋酸化演化历史及其对近海典型生态系统的影响，全球气候变化下的中国近海碳循环及海洋酸化生态效应变化趋势预测分析。其科学内涵分述如下：
1. 中国近海海－气CO2通量时空分布格局及其变化 （通量）
边缘海碳通量具有高度时空变异性，是全球碳循环研究中一个尚未解决的难题，因而现有的全球碳循环模式尚未能包含边缘海碳通量。中国近海纵跨温带、亚热带、热带，生态系统结构差异显著，加上涡旋、内波、上升流等中尺度现象显著，又受陆源碳输入的影响，海－气CO2通量时空分布格局变化尤为复杂。故此，研究中国近海海－气CO2通量及其在季节、年际尺度上的变化规律，是降低碳通量不确定性之基础，是本研究项目首先必须解决的科学问题。
2. 控制中国近海碳源汇格局的主要过程与机制 （过程与机制）
中国近海碳循环受陆源碳输入、陆架边缘海生物泵、CO2溶解及向大洋输送等多种过程和因素的共同调控，因而阐明控制边缘海碳源汇格局的主要过程与机制是碳循环研究的科学精髓，是建立科学的预测模式的关键基础。
调控碳源碳汇格局的关键物理化学因子
海－气界面CO2的净通量很大程度上取决于CO2在海水中的溶解能力，即溶解度，控制CO2溶解度的主要物理化学因子有温度、盐度等。采用比较研究的学术思路，分析地处不同纬度的黄东海与南海的海－气CO2通量季节变化差别与海域的物理化学因子的关系从而有效地提高对科学问题的认识。
边缘海生物泵的特性及其作用机制
在短时间尺度上，海洋生物泵的效率决定了海洋对大气CO2的吸收能力。然而，陆架边缘海生物泵过程较之于大洋更为复杂，基于大洋研究的理论无法外推至陆架边缘海，在大洋研究的许多经验不能直接应用于陆架边缘海系统。因此，陆架边缘海生物泵的特性及其在碳循环中的作用机制是本项目的核心科学问题。
陆源碳输入（河流、地下水）如何影响陆架系统碳的源汇格局？
河流、地下水等陆源碳输入显著影响南海北部陆架碳的生物地球化学循环，但其输入对典型陆架系统（南海北部、东海陆架系统）的新陈代谢以及碳通量的影响尚缺乏系统分析。因而精确评估陆源碳输入对陆架边缘海碳源汇格局和通量的影响是本项目研究的关键问题之一。
控制陆架边缘海向大洋碳输送的关键过程及其机理
陆架向深海大洋的碳输送是陆架边缘海的特色之一，关系到陆架边缘海对大气CO2的吸收能力，是全球陆架边缘海碳循环研究必须解决的一个重要科学问题。本项目拟对当前碳输送的两种物理输运机理科学假说（“风生输运机理”和“陆架泵”）进行检验，揭示中国边缘海控制陆架向大洋输送碳的关键物理过程及其机理。
3. 海洋酸化历史及生态效应 （效应）
总体而言，海洋酸化是海洋吸收大气CO2所致，过去200年世界大洋的pH已下降0.1，然而在边缘海系统，这种酸化趋势是否存在尚无人知晓。因此，反演典型珊瑚生态系统酸度变化历史，意义显著。在此基础上，揭示现在以及未来大气CO2浓度变化对我国典型生态系统关键生物过程的影响具有重要的战略意义。
工业革命来，中国边缘海是否存在酸化趋势？其程度有多大？
我国南海是珊瑚最集中分布的边缘海系统之一，利用造礁珊瑚开展高分辨率（如年分辨）的温度、盐度、pH变化记录，探讨工业革命来，中国南海是否存在酸化趋势，其程度有多大，以及海水pH与pCO2变化是否存在对应关系等问题将为本项目所关注的与海洋碳循环密切相关的海洋酸化问题提供一个历史背景。
海洋酸化对典型生态系统的作用
海洋酸化对海洋生态系统的影响可能相当复杂，本项目将集中在一些与碳循环密切相关的生态过程上，这包括初级生产过程、钙化作用及群落结构变化，这些过程在海洋酸化背景下的变化趋势，也构成了海洋对大气CO2升高的响应以及可能的反馈。
4. 全球气候变化下的中国近海碳循环、海洋酸化及其生态效应可能的变化趋势（变化趋势）
几乎可以肯定的是，未来百年内，全球气温将随大气CO2的水平而升高，因此，在解决上述从通量-机理到效应等关键科学问题的基础上，预测分析全球气候变化背景下的中国近海碳循环的变化趋势是本项目需要达到的目标。
