末次冰期以来印尼穿越流出口处古海洋学记录及其意义

印尼穿越流作为连接西太平洋和印度洋的唯一通道,调节着这两个大洋之间的热量和水汽的交换,继而在热带乃至全球气候变化中扮演着重要的角色。本文对来自于帝汶海内印尼穿越流出口处SO18460钻孔中浮游有孔虫Globigerinoides ruber和Pulleniatina obliquiloculata壳体的Mg/Ca比值和氧同位素进行再分析,重建了末次冰期以来表层和温跃层海水温度、盐度以及温跃层深度的变化,并将其与区域古气候记录对比以探讨其意义。结果表明,末次冰期以来,SO18460孔的表层和温跃层海水盐度均与区域降雨量记录变化一致,显示降雨信号以海水盐度的形式通过水体混合由表层向温跃层的传输。自早全新世以来,SO18460孔的表层海水温度在28℃左右波动,可能是受西太平洋暖池的影响;同时,温跃层海水温度始终低于22℃可能指示厄尔尼诺-南方涛动处于类厄尔尼诺状态;而温跃层海水温度持续下降、温跃层深度持续变浅,一方面可能是对早全新世以来类厄尔尼诺事件频发的响应,另一方面也可能归因于热带辐合带的南向移动导致区域降雨增加、以及东亚冬季风驱使南海表层流的加强等因素对印尼穿越流表层流的抑制。冰期-间冰期尺度上,SO18460孔温跃层海水温度与北半球夏季太阳辐射量变化步幅一致,可能是北太平洋热带水借助棉兰老岛流在苏拉威西海混入印尼穿越流所致。     

印尼海道的两度关闭与西太平洋暖池的形成和兴衰

世界海洋表层水温最高的西太平洋暖池,是全球驱动大气环流的最大热源之一,也是全球热盐环流传输带的热源。新生代晚期印尼海道的关闭是暖池得以形成的基本条件。在印尼海道区划出了对印度尼西亚穿越流起阻挡作用的5道屏障,分析了5道屏障的形成过程和年代,据此提出了印尼海道两度关闭的模式。板块运动导致印尼海道关闭,有利于暖池发展,同时也存在不利的负面影响,本区构造运动对暖池的演变具有特有的双向复合控制作用;由此出发勾勒了近1000多万年来西太平洋暖池的形成和兴衰史：11～9MaBP为原始暖池形成期,9～6MaBP为暖池演化的第一衰退期,6MaBP以来为现代暖池的孕育和发展期,其间在1～0.2MaBP穿插着暖池演化的第二衰退期。上述暖池兴衰史的演化模式,得到了暖池区ODP1143站浮游有孔虫组合所反映的古海水温跃层深度的验证。     

印度尼西亚海潮致混合研究现状与展望

印度尼西亚海(简称印尼海)位于热带太平洋和印度洋交汇的海域,是全球最大的内潮生成海域.内潮耗散导致强烈的潮致混合,一方面将温跃层以下的海水卷入上层,降低印尼海海表温度,之后通过海气相互作用产生显著的天气和气候效应;另一方面对穿越印尼海的印度尼西亚贯穿流的物质与能量输运也有着重要影响.自Ar-lindo计划以来,人们对印...     

主流系与西太平洋暖池变异机制研究进展

中国科学院战略性先导科技专项重点任务2以热带西太平洋主流系和暖池为主要研究对象,基于西太平洋和印尼海科学观测网综合观测数据,结合动力理论分析和数值模拟结果,在主流系和西太暖池的三维结构、变异规律和动力机制,以及西太与周围海域之间物质能量交换等方面取得了原创性成果。在上层主流系和暖池变异方面,首次直接观测到棉兰老潜流(MUC)、吕宋潜流(LUC)和北赤道潜流(NEUC)等次表层潜流及其多尺度变异,给出了三支潜流相互间的水源关系,揭示了潜流系统强劲的季节内变化特征及其与中尺度涡旋活动的关系,并进一步分析了棉兰老流(MC)/MUC年际变异及其控制因素。西太平洋主流系平流输送在暖池形成中起到了主要作用,而且暖池北部区域自20世纪90年代起出现显著的扩张现象,是由混合层厚度变浅导致。在中深层环流特征和机制方面,发现南北半球中层水团的交换通道、机制和显著交换周期;丰富了对赤道西太平洋中层流结构特征和变异的认识,同时突破了对西太平洋深层环流结构特征和变异规律的认知局限,例如中深层流流速自北向赤道增加,其变化远大于平均值,菲律宾海盆中部深层流以西南-东北方向为主,赤道区域中深层流以纬向东西交替的射流为主等。在西太与周围海域之间物质能量交换方面,通过在印尼贯穿流(ITF)源区及印尼海的同步走航及定点潜标观测,揭示了MC在苏拉威西海和马鲁古海峡交汇处的流径跃变在2015—2016超强El Ni?o的发生起重要作用,西边界流区的非线性反射对ENSO事件的发生发展起至关重要的作用。上述原创性成果显著提升了热带西太平洋环流动力学的认知水平。     

海洋再分析资料中IOD-ENSO遥相关的海洋通道机制分析

本文利用滞后相关分析,研究了海洋再分析资料（SODA、ORAS4和GODAS）中的IOD-ENSO滞后遥相关关系,并与观测资料进行对比。结果显示,3套再分析资料中热带东南印度洋秋季海表温度/海表高度异常和赤道太平洋冷舌次年秋季海表温度/海表高度异常之间显著相关,与观测结果一致。在次表层,观测和再分析资料均显示,热带东南印度洋秋季海表温度异常与赤道太平洋次表层海温异常之间的显著相关关系在冬季至次年秋季沿赤道太平洋垂向剖面向东移动,并于次年夏季和秋季在冷舌区上升至海表。热带东南印度洋和赤道太平洋冷舌滞后1年的相关关系是由海洋通道机制引起的,即IOD事件引起印尼贯穿流流量异常,导致赤道太平洋温跃层异常,激发赤道Kelvin波向东传播,从而影响赤道中-东太平洋冷舌海表温度异常。观测及SODA与ORAS4资料中,热带东南印度洋和赤道太平洋冷舌滞后1年的相关关系在去除ENSO信号后仍然显著,表明海洋通道机制是独立于ENSO事件的;而在GODAS资料中,这些显著相关关系在去除ENSO信号后消失。印尼贯穿流流量异常和Niño3.4及DMI（Dipole Mode Index）指数之间超前-滞后12个月的相关关系显示,在SODA和ORAS4资料中,印尼贯穿流流量同时受到ENSO和IOD的影响,与观测结果一致;而在GODAS中,印尼贯穿流流量异常仅与Niño3.4指数显著相关,极少受到IOD事件的影响,这部分解释了GODAS资料中去除ENSO信号后,IOD-ENSO滞后遥相关关系消失的原因。     

印尼贯穿流源区环流的多尺度变异及其科学重要性

印尼贯穿流源区指的是苏拉威西海东部、马鲁古海北部以及棉兰老岛以东和巴布亚新几内亚岛以北的海域,其海洋环流的结构和变异对全球大洋环流的物质和能量平衡以及气候变化有重要影响,但是却缺乏大规模的现代海洋观测。本文总结近几年来基金委西太平洋开放共享航次、全球变化研究国家重大科学研究计划项目以及中科院海洋先导专项项目——"主流系与西太平洋暖池变异机制及其气候效应"等项目在低纬度西太平洋和印尼贯穿流源区的观测成果,初步刻画了印尼贯穿流源区海洋环流的多尺度结构特性,阐明这一海区环流对厄尔尼诺与南方涛动(ENSO)动力学、季节内振荡研究以及全球变暖减缓和加速的重要性。介绍了项目团队在过去几年里,通过国际合作,促成中国科学院海洋研究所与印尼科学院海洋研究中心达成战略合作伙伴关系。目前,双方已经在印尼海和印尼贯穿流关键海峡进行了卓有成效的合作观测,建成了有史以来最大规模的印尼海同步潜标观测网,为探讨印尼贯穿流变异及其在全球气候变化的作用问题和服务国家"一带一路"倡议提供了坚实的数据基础。     

西太平洋暖池核心区MIS 7期以来的古生产力变化:类ENSO式过程的响应

对取自热带西太平洋暖池核心区的WP7岩心进行了底栖有孔虫和钙质超微化石研究。在利用氧同位素曲线对比和AMS14C测年数据进行地层划分的基础上,依据底栖有孔虫和钙质超微化石指标,分析了距今近250ka以来区域生产力和上层海水结构的演变特征,探讨了其控制因素和所指示的古海洋学意义。计算结果显示WP7岩心所在的暖池核心区约在距今250ka以来初级生产力在冰期(MIS6期、4期和2期)高,在间冰期(MIS7期、5期、3期和1期)低,表明该区古生产力在长的轨道时间尺度上受北半球高纬度冰量变动的影响。钙质超微化石下透光带属种Flori-sphaera profunda百分含量指示的温跃层深度变化表明冰期温跃层浅、间冰期温跃层加深,这说明类ENSO式变化导致的冰期—间冰期温跃层深度波动可能是MIS7期以来暖池核心区古生产力在冰期高而在间冰期显著降低的直接控制因素。     

东帝汶海30ka以来的表层水和温跃层水温度变化及其古海洋学意义

研究了钻取于东帝汶海印尼穿越流出口处MD98-2172岩心沉积物,分析了浮游有孔虫表层水种Globigerinoides ruber和温跃层水种Pulleniatina obliquiloculata的Mg/Ca值,重建了30kaBP以来东帝汶海区的表层水温度和温跃层水温度。结果显示东帝汶海区末次冰盛期以来表层水温度距早全新世的最大温差约为4.2℃;冰消期间表层水温度有两次显著的降温事件,可分别与新仙女木事件和海因里希事件1对应;约15kaBP以来帝汶海表层水温度与南极大气温度记录同相位变化,说明热带海区与高纬度地区气候变化有着紧密联系。末次冰盛期以来温跃层水温度距早全新世的最大温差约为4℃;全新世温跃层水温度呈现出波动降低的过程,最大降温幅度约3℃;表层水温度和次表层水温度差值在全新世逐渐增加,指示了温跃层深度的持续变浅,这一变化可能与海平面上升、季风活动和厄尔尼诺-南方涛动事件影响的印度尼西亚穿越流次表层流增强有关。     

太平洋—印度洋贯穿流南海分支研究综述

从海洋动力学角度,概述了太平洋-印度洋贯穿流南海分支的主要入流和出流通道—吕宋海峡和卡里马塔海峡的研究现状。太平洋-印度洋贯穿流南海分支是太平洋、南海和印度尼西亚海域进行水体和热盐交换的传输带,对西太平洋、南海、印尼海和东印度洋的环流系统有重要影响。吕宋海峡水交换和卡里马塔海峡贯穿流都呈现冬季大夏季小的季节变化特征,对维持南海的物质、能量和动量平衡起重要作用。太平洋通过吕宋海峡向南海输运水体和热盐,并传递ENSO等气候信号,对南海的环流、水体和海洋环境都产生重要影响。卡里马塔海峡向印度尼西亚海区的水体和热盐输运对印度尼西亚贯穿流有重要意义。太平洋-印度洋贯穿流南海分支和印尼贯穿流的年际变化趋势呈反位相,两者相互调制相互影响,维持了太平洋-印度洋两大洋间的平衡关系,对全球大洋环流的结构和长期的气候变化有重要作用。     

太平洋-印度洋暖池次表层水温与南海夏季风爆发

为探索太平洋—印度洋热带海域次表层水温对南海季风的影响,用Argo剖面浮标等实测资料,分析了太平洋—印度洋暖池次表层水温异常对南海夏季风爆发的影响。结果表明：冬季,太—印暖池次表层水温偏暖（冷）时,翌年南海夏季风爆发时间偏早（晚）是主要现象。太—印暖池次表层水温偏暖,可能引起Walker环流加强,西太平洋副热带高压偏弱,中心位置偏北偏东,南海和西太平洋上空对流层下层有气旋性距平环流出现,有利于低空西到西南气流的加强,导致南海夏季风爆发偏早;太—印暖池次表层水温偏冷,可能引起Walker环流东移并减弱,西太平洋副热带高压偏强,中心位置偏南偏西,南海和西太平洋上空对流层下层有反旋性距平环流出现,不利于低空西到西南气流的加强,导致南海夏季风爆发偏晚。结论：冬季,太—印暖池次表层水温偏暖（冷）,翌年南海夏季风爆发时间偏早（晚）是主要现象。     

西太平洋暖池研究综述

西太平洋暖池（Western Pacific Warm Pool）是全球海温最高的海域,汇聚了巨大的热能,在地球气候系统中具有非常重要的作用。本文综述了近30年来有关西太平洋暖池的研究进展,包括西太平洋暖池的维持机制、在不同时间尺度西太平洋暖池的变异特征和物理机制,以及西太平洋暖池的观测和数值模拟等领域的研究进展。西太平洋暖池的维持是现有地形下大气过程和海洋过程相互作用导致的,在季节内到世纪尺度均存在很强的变化。其中：季节内变化的驱动机制主要包括与大气季节内振荡(Madden Julian Oscillation)相关的对流和海表面热通量变化,以及海洋波动等海洋动力过程;季节变化主要是太阳辐射的季节变化导致;在年际尺度上,西太平洋暖池作为El Ni?o-Southern Oscillation的一部分而振荡具有显著年际变化;太平洋代际振荡（Pacific Decadal Oscillation）和大西洋代际振荡（Atlantic Multi-decadal Oscillation）驱动着西太平洋暖池的年代际变化;世纪尺度的变化显示全球变暖背景下西太平洋暖池存在扩张趋势。人类对西太平洋暖池的系统观测始于海洋观测卫星的使用,随后历经WCRP/TOGA、TAO/TRITON、TOGA-COARE、WOCE、Argo、SPICE、NPOCE等多个观测计划,极大促进了西太平洋暖池的研究。但截止到第五次耦合模式比对计划（Coupled Model Intercomparison Project 5）,多数气候模式仍未能克服热带模拟偏差,对西太平洋暖池的模拟效果较差,表明在西太平洋暖池动力学的理解和模拟方面仍有较大进步空间。     

东印度洋-西太平洋暖池的年代际变化特征研究

采用1958~2002年海洋同化资料SODA(Simple Ocean Data Assimilation)的海温场,定义了东印度洋-西太平洋永久性暖池(简称印-太暖池)指数,即不随季节变化的27.5℃等温面所包含的>27.5℃的暖水体积或强度,并采用功率谱和小波分析的方法研究了其周期变化特征。结果表明,印度洋暖池和西太平洋暖池均具有显著的准10 a的周期振荡和1976~1986年前后的年代际突变特征,暖池由1976年前的"冷"暖池转变为1986年后的"热"暖池;暖池指数的季节循环也存在显著的年代际突变特征,特别是西太平洋暖池在异常暖年代其季节变化还呈现出明显的增暖趋势;暖池三维结构的年代际变化主要表现为在暖年代热带南印度洋暖水的向西向南扩张和西太平洋暖池东边界的向东及北边界的向北扩张,暖异常主要分布在60 m以浅的上混合层中暖池的东边界区域,而其下面的温跃层内则为更强的异常降温,垂向上表现出上暖下冷的斜压模态结构,而温跃层和混合层深度的变化在不同暖池区则有不同的特点,表明东印度洋暖池和西太平洋暖池的年代际变化可能由不同的机制引起,尚需进一步分析其海洋动力学和热力学过程。     

西太平洋暖池研究的新进展

对近几年国内外有关热带西太平洋暖池的现场观测、暖池物理机制、暖池与ENSO的关系、暖池异常变化对气候的影响等方面的最新研究进展作了回顾;同时,对目前暖池研究中存在的几个问题进行了简要的讨论。     

印度洋–太平洋暖池区中尺度涡特征研究

本文利用1993年2月至2016年1月共23年的中尺度涡数据,对印度洋–太平洋暖池区（即印–太暖池区,15°S～15°N,60°E～170°W）中尺度涡的生命周期、振幅和半径等属性特征以及生命周期内各参数的演变特征进行了统计分析,并研究了印–太暖池区中尺度涡生成个数的季节变化规律及与厄尔尼诺循环的关系。结果表明:印–太暖池区大部分中尺度涡存在生命周期短、非线性、向西移动的特征;气旋涡与反气旋涡各参数的统计特征及其在生命周期内的变化趋势较为相似;印–太暖池区中尺度涡生成个数不具有明显的季节变化,并且会受到厄尔尼诺–南方涛动事件的影响。     

西太平洋暖池三维结构的季节和年际变化

基于1950-2011年间的太平洋月平均水温资料和ENSO指数,以28℃等温线作为暖池的定义标准,研究了暖池三维结构的季节和年际变化,并探讨了暖池三维结构与不同类型ENSO的关系。结果表明,暖池三维结构存在着较显著、但并不一致的季节和年际变化。其中,在季节变化方面,暖池冬季西缩、春季东扩,冬季偏南、夏季偏北,春、秋季变厚,冬、夏季变薄;在年际变化方面,暖池的三维结构在超前1~3个月时与ENSO有较密切的对应关系。在El Nio(La Nia)发生前1~3个月时,暖池异常东扩(西缩),暖水向赤道辐合(向赤道外辐散),暖池变薄(增厚)。初步分析表明,暖池三维结构的季节变化主要是由太阳辐射、风和海洋环流引起的,而其年际变化则主要是由热带太平洋的纬向风异常、赤道Kelvin波和Rossby波引起的纬向流异常以及Ekman输送共同导致的。此外,20m和50m层的暖池东界分别与东部型和中部型ENSO事件有非常密切的关系,可作为研究不同类型ENSO的指标序列。     

印度洋-太平洋暖池季节变化及其相应的大气环流形式

首先通过对英国大气科学数据中心海表面温度资料和Levitus随深度变化的海温资料的分析,给出了印度洋-太平洋暖池季节变化的详细描述.另外,利用NCEP/NCAR再分析大气资料中的风场数据,采取将水平风场分量分解为无辐散分量和无旋分量的方法,分析了相应于暖池季节变化的大气环流形式.得到了这样的结论：第一,印度洋-太平洋暖池的位置随季节变化南北移动;暖池面积在北半球的5月和9月达到两个极大值;无论就海表面温度还是深度而言,该暖池分别存在一或两个强度中心.第二,尽管印度洋-太平洋暖池中间被南亚大陆所间隔,但是暖池上空对流层大气运动对于暖池的季节变化却是作为一个整体响应的.     

西太平洋暖池热盐结构的季节变化

Using the 28°C isotherm to define the Western Pacific Warm Pool(WPWP), this study analyzes the seasonal variability of the WPWP thermohaline structure on the basis of the monthly-averaged sea temperature and salinity data from 1950 to 2011, and the dynamic and thermodynamic mechanisms based on the monthly-averaged wind,precipitation, net heat fluxes and current velocity data. A DT=–0.4°C is more suitable than other temperature criterion for determining the mixed layer(ML) and barrier layer(BL) over the WPWP using monthly-averaged temperature and salinity data. The WPWP has a particular thermohaline structure and can be vertically divided into three layers, i.e., the ML, BL, and deep layer(DL). The BL thickness(BLT) is the thickest, while the ML thickness(MLT) is the thinnest. The MLT has a similar seasonal variation to the DL thickness(DLT) and BLT.They are all thicker in spring and fall but thinner in summer. The temperatures of the ML and BL are both higher in spring and autumn but lower in winter and summer with an annual amplitude of 0.15°C, while the temperature of the DL is higher in May and lower in August. The averaged salinities at these three layers are all higher in March but lower in September, with annual ranges of 0.41–0.45. Zonal currents, i.e., the South Equatorial Current(SEC)and North Equatorial Counter Current(NECC), and winds may be the main dynamic factors driving the seasonal variability in the WPWP thermohaline structure, while precipitation and net heat fluxes are both important thermodynamic factors. Higher(lower) winds cause both the MLT and BLT to thicken(thin), a stronger(weaker)NECC induces MLT, BLT, and DLT to thin(thicken), and a stronger(weaker) SEC causes both the MLT and BLT to thicken(thin) and the DLT to thin(thicken). An increase(decrease) in the net heat fluxes causes the MLT and BLT to thicken(thin) but the DLT to thin(thicken), while a stronger(weaker) precipitation favors thinner(thicker)MLT but thicker(thinner) BLT and DLT. In addition, a stronger(weaker) NECC and SEC cause the temperature of the three layers to decrease(increase), while the seasonal variability in salinity at the ML, BL, and DL might be controlled by the subtropical cell(STC).     

印度洋-太平洋暖池年代际变化及其大气响应

定义了印度洋-太平洋暖池的强度变化指数和面积变化指数,分析了其年代际变化的特征。结果表明：20世纪40年代以前,暖池强度和面积基本没有明显的变化趋势;40-80年代,有一个相对较小的增加趋势;80年代以后至2000年增加的趋势加大。将水平风速分解为无辐散分量和无旋分量,分析了暖池上空大气环流对该暖池年代际变化的响应,发现尽管暖池上空大气环流对该暖池年代际变化的响应并不十分明显,但在特定的季节和特定的对流层高度上这种响应也是明显的。     

TOGA COARE IOP期间西太平洋暖池海域的热状况

利用 TOGA COARE IOP期间“向阳红五号”调查船在 2°S、 1 55°E附近进行的 3个航段的多项目综合性科学考察资料 ,对西太平洋暖池海域的热状况进行了分析。结果表明 ,在 TO-GA COARE IOP期间 ,西太平洋暖池海域的热状况具有 El Nino事件发生前的特征。对航段平均来说 ,暖池深度、海洋上层混合层深度和海面至 2 60 m水层的平均温度 ,均是逐航段递次减小的。这种 El Nino事件发生前的热状况特征是该海域海表盛行风向转为西风 ,东向流加强 ,暖水流失的结果。此外 ,在航段内各热状况要素也存在由局地海气耦合性变化造成的数天至十多天尺度的变化。