全球实时海洋观测网(Argo)与上层海洋结构、变异及预测研究

围绕国家重点基础研究发展计划项目“基于全球实时海洋观测计划(Argo)的上层海洋结构、变异及预测研究”,首先介绍Argo这一新型全球海洋观测网给海洋和大气科学带来的发展机遇以及我们面临的挑战,接着阐述项目重点研究区域西北太平洋和热带印度洋—太平洋的国内外进展,最后给出了项目的关键科学问题和主要研究内容。     

利用印度洋前期海温进行东亚地区月均降水的数值预报试验

利用中国科学院大气物理研究所的两层全球大气环流模式（GCM）,在加入1999年和2000年1～6月的低纬度中东太平洋及印度洋的实际海温场后,对同年6～8月的全球大气环流及气候变化进行了数值模拟,重点讨论了东亚地区和我国大部分地区的环流及短期气候变化情况,对比分析了模式预报的月平均降水与实际降水的异同,得出了一些有意义的结论,对利用数值模式进行月平均降水的预报做了一些基本工作。     

Development and Application of the Chinese Global Operational Oceanography Forecasting System

Chinese Global operational Oceanography Forecasting System (CGOFS) is configured in three levels of nested grids from global ocean, open ocean to offshore. This global operational oceanography forecasting system architecture is firstly bulit in China by the National Marine Environmental Forecasting Center (NMEFC). It has been put into operational forecasting at NMEFC, providing real-time forecasting of multi-scale ocean current, temperature, salinity, wave, sea surface wind, etc. All the ocean forecasting products are released in many ways and made available through the online, realizing full-range coverage in resolution from hundreds kilometer to several kilometer. The CGOFS includes 8 subsystems: global sea-surface wind numerical forecasting subsystem, global ocean circulation numerical forecasting subsystem, global ocean wave numerical forecasting subsystem, global tide and tidal current forecasting subsystem, Indian Ocean marine environment numerical forecasting subsystem, polar sea ice numerical forecasting subsystem, refined marine environment numerical forecasting for China’s surrounding waters,and integration management subsystem for operational support service of the CGOFS. Operational applications of the CGOFS are closely connected with China’s economic-social development and military security needs. For example, the CGOFS palys a crucial role in environmental forecasting for Chinese research vessel and icebreaker Xuelong, MH370 Searching, submersible “Jiaolong” exploration and nuclear contaminant transport from Fukushima Daiichi nuclear power plant, providing important scientific support for developing an ocean power, protecting national maritime rights, ensuring marine safety and coping with ocean problems in emergency.     

“双碳”背景下石油地质学的理论创新与迈向能源发展多元化新时代

“双碳目标”已成为我国能源发展基本国策。如何开展这一大背景下的石油地质研究及如何推动能源多元化发展,是石油科技工作者面前的现实问题。本文对2000—2020年我国二氧化碳排放、油气能源消费、油气储量、产量等进行分析研究后认为,在“碳达峰”与“碳中和”应对全球气候变化的大背景之下,21世纪内石油和天然气仍将担任能源家族中的重要角色。我国石油工业要立足于理论和实践的自主创新,实现“万米级的超深层常规油气革命和纳米级超致密储层的非常规页岩油气革命”,实现超常规发展和低碳绿色转型发展。油田注水开发是我国提高采收率的核心技术,今后应大力推广注二氧化碳驱油技术,以达到增油与减排的双重目的,创新二氧化碳捕集与埋存技术以发展石油工业的减碳产业。21世纪为能源发展的多元化时代,水电、风能和太阳能等3类可再生能源开发利用是实现双碳目标的基本保障,地热能、生物质能和海洋能是重要推手;22世纪人类将建成一个由可再生能源和新能源保障的经济社会,氢能源将是未来最具发展潜力的新能源。     

末次盛冰期西太平洋海温差异对亚洲夏季风影响的数值模拟

文章利用Zhao等的模拟结果,进一步研究了在末次盛冰期(LGM)情景下汪品先和CLIMAP两种重建海洋表面温度(SST)资料差异对亚洲夏季风的影响。模拟结果表明:在LGM情景下西太平洋海域SST资料的不同对模拟的亚洲夏季风有着十分重要的作用。夏季,与CLGM方案相比,在WLGM方案中,当热带西太平洋SST较暖时,印度地区的大气热量出现显著增加,大气热量的这种变化,使得南非高压、南印度洋经向Hadley环流加强,伴随着索马里越赤道气流加强,也导致了印度季风区纬向季风环流的加强,从而造成了印度夏季风增强、降水增多;与较暖的热带西太平洋相对应,澳大利亚高压和120°E附近越赤道气流减弱,东亚季风区20°N以南经向季风环流加强、20°N以北经向季风环流减弱,指示着一个强的南海夏季风和较弱东亚副热带大陆夏季风。     

深海沉积与全球变化研究的前缘与挑战

海洋正在经历变暖和酸化等人类活动引发的全球变化的影响,而深海沉积储存着地球演变历史时期由自然因素驱动过去全球变化的详细档案,通过探究其现今和过去全球变化过程,能够揭示全球变化的特征和规律,为预测未来变化提供依据。近年来在该领域的突出研究进展,是针对社会选择的未来排放轨迹,在深海记录中都能够找到相应的类似情形,用于评估未来地球系统各种变化的过程和后果。其中,以Dansgaard-Oeschger变化为代表的千年尺度事件、以厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)和北大西洋涛动(NAO)为代表的十年尺度气候变化事件,是最接近现今地球变暖的快速气候变化场景。地球系统的发展轨迹目前正处于人类排放温室气体的“热室地球”路径的起点上,如果地球超过了这个“临界点”,它将沿着一条不可逆的道路进入“热室地球”状态,另一种路径则是通向“稳定地球”状态。深海沉积档案中的类似情形能够为社会选择未来排放的轨迹提供重要参考。全球变化研究面临的重大挑战是重新认识其关键过程的理论机制。以海洋变暖和酸化影响硅藻和颗石藻的海洋生物泵过程为例,传统知识认为酸化有利于硅藻建造,但最新的围隔实验研究却发现酸化大幅减少全球硅藻输出;传统知识认为酸化导致海洋生物钙化危机,但近期针对中生代大洋缺氧事件的黑色页岩研究,发现颗石藻的碳酸钙输出在海洋酸化期间大幅增加。这些颠覆性的认识严重挑战了传统全球变化某些关键过程的理论体系。     

热带太平洋海洋环流与暖池的结构特征、变异机理和气候效应

热带西太平洋暖池是引发强烈的大气对流、驱动Walker环流和Hadley环流系统的主要热源之一,对全球、尤其是东亚气候有重要影响。针对我国在提升气候预测水平方面的重大和迫切需求,国家重点基础研究发展计划项目"热带太平洋海洋环流与暖池的结构特征、变异机理和气候效应"于2011年7月正式立项。项目拟解决的关键科学问题包括:①调控暖池形成和变异的海洋环流多尺度相互作用过程;②海洋动力过程在暖池热盐结构变异中的作用及其机理;③暖池变异对不同类型El Nio影响机理的异同和对东亚季风变异的调制机理。围绕上述关键科学问题,项目将以暖池变异为中心,关注影响和控制暖池结构与变异的关键海洋过程,以及暖池海气相互作用影响ENSO循环、东亚季风年际变异的过程和机理,重点组织开展以下3个方面有针对性的调查研究:①热带太平洋环流和暖池的结构和变异特征;②热带太平洋环流与暖池相互作用的关键过程和机理;③暖池变异的海洋—大气耦合过程及其气候效应。在此基础上,项目将力争阐明暖池影响东亚季风和我国气候变异的过程、机理与敏感区,改进模式的混合参数化方案,提出有效提高ENSO预报技巧的同化方案,为我国短期气候预测能力的提高提供科学支撑。     

Research Hotspots of Karst in 2016 Based on Bibliometrics Analysis

Karst is a special type of landscape that is formed by the dissolution of soluble rocks and forces the investigators to pay attention to hydrological and ecological problems, karst hazards, karst management, and the sustainability of karst environments, etc. To better explore the research hotspots of karst in 2016, 1472 papers included in the Web of Science (WoS) and China National Knowledge Infrastructure (CNKI) were collected and the CiteSpace software was used to generate visualizing information for bibliometrics analysis. The frontiers in the karst research can be reflected, which provides the basis information for scholars to achieve concise objectives and find breakthrough innovation in the future. When karst or stalagmite was selected as the key word, 795 SCI papers published in 2016 were collected. The clustering results of key words in 795 papers showed that the main research hotspots were “karst hydrochemistry”, “karst rocky desertification and biogeochemistry”, “climate change and paleoenvironmental reconstruction” and “karst engineering and hazard”. China has made great contributions to these papers on karst research, which reflects the regional comparative advantage on karst research in China, though Chinese scholars are lacking in the tight linkage with scholars from other countries. Moreover, 677 papers were collected when karst or stalagmite was chosen as the key word in CNKI. The clustering data showed that the main research hotspots in CNKI were “karst hydrochemistry”, “karst rocky desertification and biogeochemistry”, “karst oil and gas resources” and “karst engineering and hazard”. From the above results, it was found that domestic and international research hotspots of karst were different.     

Distribution and sources of pre-anthropogenic lead isotopes in deep ocean water from FeMn crusts

The lead isotope composition of ocean water is not well constrained due to contamination by anthropogenic lead. Here the global distribution of lead isotopes in deep ocean water is presented as derived from dated (ca. 100 ka) surface layers of hydrogenetic Fe-Mn crusts. The results indicate that the radiogenic lead in North Atlantic deep water is probably supplied from the continents by river particulates, and that lead in Pacific deep water is similar to that characteristic of island and continental volcanic arcs. Despite a short residence time in deep water (80–100 a), the isotopes of lead appear to be exceedingly well mixed in the Pacific basin. There is no evidence for the import of North Atlantic deep water-derived lead into the Pacific ocean, nor into the North Indian Ocean. This implies that the short residence time of lead in deep water prohibits advection over such long distances. Consequently, any climate-induced changes in deep-water flow are not expected to result in major changes in the seawater Pb-isotope record of the Pacific Ocean.     

Physical characteristics of the Gulf Stream as an indicator of the quality of large-scale circulation modeling

The general idea of this work is to show that the efficiency of modeling boundary currents (compared to the results of observations) can serve as an indicator of correctness for the modeling of the entire large-scale ocean circulation. The results of calculation of the mean surface currents in the Gulf Stream area based on direct measurements from drifters are presented together with the results of numerical modeling of variability of the Gulf Stream transport at 33°N over the period 2005–2014 based on data from Argo profiling buoys.     

鄂尔多斯盆地早侏罗世富县期沉积演化: 大洋缺氧事件前后陆地气候变化的响应*

托阿尔期早期早侏罗世大洋缺氧事件(T-OAE,~183.8 Ma)是一次全球性的地质事件,鄂尔多斯盆地下侏罗统富县组记录了此次地质事件的陆地响应过程。主要基于盆地东缘野外地质调查、扫描电镜及薄片分析,本次研究描述了盆地东北部富县组岩性、颜色和沉积序列,利用前人研究成果总结了富县期岩相古地理变化规律及沉积模式,认为富县期经历了由干旱到湿润的古气候变化: 富县组下部含植物化石较为丰富的白色砂砾岩及黑色、灰色泥页岩沉积于湿润气候时期,对应着盆地下切河谷发育期和填平补齐期; 而上覆的罕见植物化石的杂色、红色泥页岩为(富县期晚期)相对平坦地形条件下的沉积,对应着早、中侏罗世湿润气候背景下的一次干旱气候脉动,为托阿尔期大洋缺氧事件在陆相环境的气候响应,可由此进行富县组区域等时性对比。研究认为“粗富县”为下切谷内河流充填沉积, “细富县”形成于湖泊环境或河漫环境, “黑富县”和“白富县”是湿润气候条件下沉积产物,而“红富县”和“杂富县”为T-OAE期后干旱条件下形成。     

国土整治生态修复中的农业景观生物多样性保护策略

随着生态文明建设成为国家发展战略,国土整治修复需要更多生态科学和技术的支撑。农业景观生物多样性是重要的自然资源,为人类可持续发展提供了重要的生态系统服务,并提供了应对气候变化等风险的途径。本文分析了我国农业景观生物多样性保护及其对国土整治生态修复的重要性,国土整治生态修复中农业景观生物多样性保护面临的挑战,并总结了欧盟在农业景观生物多样性保护方面的经验和方法。最后,文章提出了将农业景观生物多样性保护整合到国土整治生态修复的四项策略,包括生态空间的“生态修复和管护-生态补偿-民生改善”策略、农业空间的“生态基础设施-生态系统服务提升-绿色发展”策略、城乡生活空间的“多功能景观-绿色宜居空间营造”策略、国土全域“生物多样性保护网络”策略,为生态文明背景下的国土整治生态修复提供参考。     

古生代中国中西部三大陆块古地理位置重建与演变

针对古生代中国中西部华北、华南和塔里木三大陆块在全球洋-陆格局中的古地理位置还存在的争议问题,本论文以国际最新的古地理位置重建研究方法和思路,在对中国三大陆块盆地(鄂尔多斯、四川和塔里木盆地)古生界钻井岩心的古地磁实测研究、全球古生代古地磁数据收集与有效性筛选处理、全球主要地质事件约束等多参数融合分析的基础上,采用最新的 GPlates 板块重建方法,对中国华北、华南和塔里木三大陆块在全球洋-陆格局中的古地理位置进行了重建和定位。研究结果表明:古生代三大陆块主要在全球 ±30° 之间的南北中低纬度之间迁移;三大陆块在古生代至少发生了 3 次不同的顺时针旋转和方位角转换;三大陆块运移速率至少经历了 3 次以上不同高、低速度间的转换与变化过程;响应于古生代全球洋-陆形成与演化,中国三大陆块古构造格局总体上经历了洋盆扩张下的“多岛洋”离散、俯冲碰撞下的离散-汇聚并存、俯冲消减下的差异汇聚隆升、新旧洋盆转换下的差异汇聚-离散、拼合与地幔柱控制下的差异汇聚-离散内部拉张的差异性演变过程。古生代中国三大陆块在全球洋-陆格局中的位置与差异性演变,奠定了中国三大陆块古生代不同性质盆地的形成与演化、不同层系油气烃源、储集原始物质差异性发育的基础。     

加拿大"海王星"海底观测网

加拿大"海王星"海底观测网(NEPTUNE-Canada)是世界首个深海海底大型联网观测站,位于东太平洋的胡安·德·夫卡板块最北部.它以板块构造运动、海底下的流体、海洋生物与气候、深海生态系统为科学目标,通过海底光缆连接安装在海底的仪器设备,进行实时、连续的观测,并通过光电缆将观测信息传回陆地实验室.此外,NEPTUN...     

融冰期北极楚科奇海陆架中心区硅限制与来源补充

相对氮亏损(N:P约为7,小于16)的太平洋入流水携带的营养盐是支撑北冰洋上层生态系统的重要物质基础。海冰消退,光限制消失,楚科奇海陆架存在强烈的营养盐消耗与利用,广泛认为其表现为氮限制,因此该区域重点关注氮元素循环,对于硅元素的相关研究较少。本文基于2016年中国第七次北极科学考察和中国-俄罗斯首次联合北极科学考察两个同步进行的航次调查结果,全面展示了融冰期整个楚科奇海陆架区的营养盐分布格局。结果显示,硝酸盐和亚硝酸盐表层基本耗尽;硅酸盐表现为中心低,周围高,陆架中心区是强烈的硅限制区域,受到硅和氮的共同限制。沿着太平洋入流方向,S01、R01、LV77-01站位30 m以深硅酸盐浓度高于太平洋入流水端员,说明沉积物孔隙水向底层水释放硅酸盐,因此在浅水陆架区孔隙水可作为上层海洋硅酸盐的潜在来源。本研究结合文献数据计算得到楚科奇海陆架沉积物-水界面硅酸盐年通量为630.78 mmol·m^-2·a^-1,总量为3.75×10¹¹ mol·a^-1,是太平洋入流水所携带硅酸盐年通量的一半(6.59×10¹¹ mol·a^-1),表明沉积物孔隙水也是楚科奇海陆架硅酸盐的重要来源。     

我国海洋科学发展现状与未来展望

海洋是生命的摇篮、资源的宝库和国家安全的屏障,是未来人类可持续发展的重要战略空间。到目前为止,广袤深邃的海洋只有5%的区域被人类探索,加快海洋科技创新、提高海洋资源开发能力、保护海洋生态环境是实现“关心海洋、认识海洋、经略海洋”的根本,事关国家发展的命脉。海洋问题的复杂性使其无法通过单一学科的研究得以解决。目前,我国海洋科学的研究已逐步从过去的跟跑阶段进入并跑阶段,但原始创新能力明显不足。本文回顾分析了我国海洋科学领域的研究进展与发展态势,对标找出与世界先进国家的差距,展望了今后的发展方向,指出围绕海洋多尺度相互作用与气候变化、健康海洋、海洋生命过程、跨圈层流固耦合、快速变化的极地系统、海岸带可持续发展等重大科学前沿,加强顶层设计和战略布局,开展跨尺度、跨圈层的多学科交叉研究,组织并发起我国主导的国际大科学计划,从而显著提升我国在海洋科学研究领域的国际影响力,切实提高保障国家安全和服务社会经济发展需求的能力,为建设海洋强国、构建人类命运共同体提供重要科技支撑。     

Pb, Sr AND Nd-ISOTOPIC COMPOSITIONS OF PALEO AND NEO-TETHYAN OCEANIC CRUSTS IN THE EASTERN TETHYAN DOMAIN: IMPLICATION FOR THE INDIAN OCEAN-TYPE ISOTOPIC SIGNATURE

Pb, Sr AND Nd-ISOTOPIC COMPOSITIONS OF PALEO AND NEO-TETHYAN OCEANIC CRUSTS IN THE EASTERN TETHYAN DOMAIN: IMPLICATION FOR THE INDIAN OCEAN-TYPE ISOTOPIC SIGNATURE     

中国的全球构造位置和地球动力系统

现今之中国位于亚洲大陆东南部,西太平洋活动带中段;在全球板块构造图上,中国位于欧亚板块的东南部,南为印度板块,东为太平洋板块和菲律宾海板块。地质历史上,以中朝、扬子、塔里木等小克拉通为标志的中国主体属于冈瓦纳和西伯利亚两个大陆之间的转换(互换)构造域:古生代时期,位于古亚洲洋之南,属冈瓦纳结构复杂的大陆边缘;中生代阶段,位于特提斯之北,属劳亚大陆的一部分。显生宙中国大地构造演化依次受古亚洲洋、特提斯-古太平洋、太平洋-印度洋三大动力体系之控制,形成古亚洲洋、特提斯和太平洋三大构造域。不论古亚洲洋,还是特提斯,都不是结构简单的大洋盆地,而是由一系列海底裂谷带(小洋盆带)和众多微陆块组合而成的结构复杂的洋盆体系。加之中、新生代的太平洋构造域和特提斯构造域叠加在古生代的古亚洲洋构造域之上,使中国地质构造图像在二维平面上呈现镶嵌构造,在三维空间上呈现立交桥式结构,使中国不仅是亚洲,也是全球构造最复杂的一个区域。不同阶段的地球动力体系在中国的叠加、复合,使多旋回构造-岩浆和成矿作用成为中国地质最突出的特征。因而中国的造山带大多是多旋回复合造山带,成矿(区)带大多是多旋回复合成矿(区)带,大型含油气盆地大多是多旋回叠合盆地。     

14MaB.P.澳大利亚板块对赤道太平洋影响的数值模拟

文章利用美国NASA的GISS海气耦合模式,研究了14MaB.P.时期与现代情景下的澳大利亚板块不同位置对赤道太平洋的影响。结果表明:14MaB.P.澳大利亚板块位置较现代偏南时,海洋次表层南赤道海水穿过印度尼西亚通道直接进入印度洋,注入赤道潜流的南赤道海水减少,使得赤道潜流主要来源于北赤道海水,造成赤道太平洋海温比现在冷,其中以赤道西太平洋海温降低幅度最大。而在海洋近表层赤道中东太平洋地区,由于进入海洋的净能量增加和西向风应力加强的共同作用,使得14MaB.P.时海温较之现代情景下要低0.2℃左右。此外,14MaB.P.澳大利亚板块较现代偏南时,赤道太平洋地区的降水量少于现代。     

Tropical cyclone activity in global warming scenario

Research efforts focused on assessing the potential for changes in tropical cyclone activity in the greenhouse-warmed climate have progressed since the IPCC assessment in 1996. Vulnerability to tropical cyclones becoming more pronounced due to the fastest population growth in tropical coastal regions makes it practically important to explore possible changes in tropical cyclone activity due to global warming. This paper investigates the tropical cyclone activity over whole globe and also individually over six different ocean basins. The parameters like storm frequency, storm duration, maximum intensity attained and location of formation of storm have been examined over the past 30-year period from 1977 to 2006. Of all, the north Atlantic Ocean shows a significant increasing trend in storm frequency and storm days, especially for intense cyclones. Lifetime of intense tropical cyclones over south Indian Ocean has been increased. The intense cyclonic activity over north Atlantic, south-west Pacific, north and south Indian Ocean has been increased in recent 15 years as compared to previous 15 years, whereas in the east and west-north Pacific it is decreased, instead weak cyclone activity has been increased there. Examination of maximum intensity shows that cyclones are becoming more and more intense over the south Indian Ocean with the highest rate. The study of the change in the cyclogenesis events in the recent 15 years shows more increase in the north Atlantic. The Arabian Sea experiences increase in the cyclogenesis in general, whereas Bay of Bengal witnesses decrease in these events. Shrinking of cyclogenesis region occurs in the east-north Pacific and south-west Pacific, whereas expansion occurs in west-north Pacific. The change in cyclogenesis events and their spatial distribution in association with the meteorological parameters like sea surface temperature (SST), vertical wind shear has been studied for Indian Ocean. The increase in SST and decrease in wind shear correspond to increase in the cyclogenesis events and vice versa for north Indian Ocean; however, for south Indian Ocean, it is not one to one.