中国江南地区降水异常的年际变化与北极海冰密集度异常的相关分析及其机理研究

本文选取最近二十年(1998—2017年)中国江南地区降水和北极海冰为研究对象,分析了年际时间尺度上中国江南地区降水异常与北极海冰异常的关系,并进一步通过研究关键区附近罗斯贝长波(Rossby长波)的波射线路径和中国中纬度地区波作用通量的传播异常,揭示了北极海冰通过Rossby波大气桥的调制作用影响江南地区降水的可能机制。结果表明:夏、秋季东西伯利亚海与巴芬湾的海冰密集度异常与次年中国江南地区降水异常存在显著的正相关关系。其影响机制是:关键海区海冰异常和北极放大能够激发Rossby波列型遥相关从北极关键区向中国中纬度地区传播,而关键区附近的Rossby波扰动能量在夏、秋季比冬、春季更容易传播至中国中纬度地区,并最终通过上下游遥相关效应引发中纬度副热带西风急流异常和急流入口区右侧江南地区的环流和降水异常,当海冰偏多时西风急流加强,江南地区对流不稳定发展,降水偏多。     

北极海冰的年代际转型与中国冻雨年代际变化的关系

基于1961-2013年HadISST海冰密集度资料,定义了北极海冰的季节性融冰指数,结果显示近几十年来北极季节性融冰范围呈显著的上升趋势,并分别在20世纪70年代末和90年代中期存在显著的年代际转型,相应地,中国冻雨发生频数总体上呈现出显著的减少趋势,但也存在显著的年代际转型。在20世纪70年代末之前,北极季节性融冰范围较小但显著增长,中国冻雨频数年际变化振幅较大,且主要受巴伦支海、喀拉海海冰的影响;20世纪70年代末至90年代中期北极季节性融冰范围维持振荡特征,没有显著的线性趋势,中国冻雨频数变化振幅减小,与北极海冰相关较弱,主要相关因子为北大西洋及北太平洋海表温度变化;而90年代中期以后,北极海冰融化加快,特别是2007年以后,季节性融冰范围大大增加,而中国冻雨频数处于低发时段,其变化与太平洋扇区海冰及堪察加半岛附近海温呈显著负相关,季节性融冰的显著区域也从东西伯利亚海逆时针旋转向波弗特海-加拿大群岛北部扩张,同时向北极中央区扩张。不同年代影响冻雨的海温或海冰关键海区不同,产生特定的大气环流异常响应,进而影响到我国冻雨。     

大气环流优势模态对北极海冰变化的响应Ⅰ.北极涛动

利用美国冰雪中心海冰密集度数据,分析了1979-2012年北极海冰面积的时间变化特征,发现北极海冰具有显著的年代际变化特征,分别在1997和2007年前后存在两次年代际转型突变点,相应的大气环流优势模态——北极涛动(AO)也存在显著的时空变化。1979-1996年阶段海冰下降趋势较弱并以较强的年际振荡为主,AO模态较强且显示出低频振荡特征;1997-2006年阶段北极海冰快速减退趋势占优,同时伴随着较弱的年际振荡,AO模态减弱且振荡周期缩短;2007-2012年阶段海冰范围较快下降同时具有极强的年际振荡,方差变化是前两个阶段的2~3倍,AO不仅强度加强,空间结构也发生了变化,极涡中心分别向格陵兰岛和白令海峡一侧延伸,这种结构有利于极地冷空气入侵欧洲和北美。利用ECHAM5大气模式进行的数值试验结果也证实了较强振荡的海冰强迫对AO模态的改变具有决定作用。     

北半球中高纬度大气环流主模态的季节演变及其与北极海冰变化的联系

利用31a(1979—2009)气候月平均的海平面气压(SLP)资料,提出1种与北半球中高纬度环流转变相适应的分季法。并根据这个客观分季方法,通过SEOF分析,发现大气环流主模态的季节演变有着典型的北极涛动(AO)空间结构,其时间系数在1990年代中期发生转型。500hPa上纬向波的涡度有着南北反位相的分布特征,冬季正涡度的区域对应着气旋性环流,其覆盖范围广,而夏季正涡度区域更偏北,可见AO在冬季增强,夏季减弱。北半球SLP异常的EOF分解第一模态为北极涛动(AO),第二模态是偶极异常(DA);将这2个模态称之为北半球中高纬度大气环流异常的优势模态。通过计算优势模态与海冰面积的超前滞后相关性,发现AO依然是控制海冰变化的前期大气环流异常的模态,而DA则可能是海冰快速变化后期大气环流的主导模态。     

北极秋季海冰密集度与中国初冬降雨之间的关系

本文通过对中国地区实测降水及北极海冰卫星数据的分析,研究了北极秋季海冰密集度与中国初冬降雨的关系。合成分析的研究结果表明2000年之前中国南方和北方冬季降水偏少,中部降水偏多,这之后中国南方和北方冬季降水增加,中部降水减少。SVD研究结果显示,北极海冰减少使得近三十年来中国南方和北方冬季降雨呈现逐渐增多,中部地区(从青藏高原向东北方向至日本)降雨逐步减少的趋势。随着北极海冰的进一步减少,如遇合适的气候条件,南方冻雨出现的概率会加大。北极秋季海冰异常的回复过程加之冬季海冰异常的延续信号在中国、蒙古及日本北部激发一个阻塞高压,以巴伦支海/卡拉海为中心激发一个异常低压。这使得来自北冰洋大西洋扇区的冷空气南下至欧洲大陆和亚洲北部,在阻塞高压的影响下,冷空气进一步南下,进入东亚地区。这不仅使得亚洲冬季温度降低,也为中国北部降水增加提供条件。     

热带太平洋海温异常对北极海冰的可能影响

本文利用1950-2015年间Hadley环流中心海冰和海温资料及NCEP/NCAR再分析资料,研究了热带太平洋海温异常对北极海冰的可能影响,并从大气环流和净表面热通量两个角度探讨了可能的物理机制。结果表明,在ENSO事件发展年的夏、秋季节,EP型与CP型El Niño事件与北极海冰异常的联系无明显信号。而La Niña事件期间北极海冰出现显著异常,并且EP型与CP型La Niña之间存在明显差异。EP型La Niña发生时,北极地区巴伦支海、喀拉海关键区海冰异常减少,CP型La Niña事件则对应着东西伯利亚海、楚科奇海地区海冰异常增加。在EP型La Niña发展年的夏、秋季节,热带太平洋海温异常通过遥相关波列,使得巴伦支海、喀拉海海平面气压为负异常并与中纬度气压正异常共同构成类似AO正位相的结构,形成的风场异常有利于北大西洋暖水的输入,同时造成暖平流,偏高的水汽含量进一步加强了净表面热通量收入,使得巴伦支海、喀拉海海冰异常减少。而在CP型La Niña发展年的夏季,东西伯利亚海、楚科奇海关键区受其东侧气旋式环流的影响,以异常北风分量占主导,将海冰从极点附近由北向南输送到关键区,海冰异常增加,而净表面热通量的作用较小。     

中国冬季极端低温事件的多尺度特征

利用1961—2010年中国487站逐日气温资料,以35°N为界分北方区域和南方区域研究中国冬季极端低温事件的多尺度变化特征。研究表明:南、北方区域极端低温站点发生率呈现出准双周的气候季节内振荡,南、北方区域冬季极端低温频数和强度的长期变化一致,均呈减小趋势,频数和强度的趋势变化分别为-0.247d/10a(北方)、-0.352d/10a(南方)和-0.332℃/10a(北方)、-0.467℃/10a(南方),南方区域减小更迅速。北方区域极端低温频数和强度的年际和年代际变化信号强度相当,南方区域则以年际变化为主。进一步研究表明,当极端低温频数的线性趋势由正值变为负值,相应的大气环流由北极涛动负位相变为正位相。对年际变化分量(8a),北方区域极端低温事件偏多时,海平面气压场表现为2波的定常波结构,西伯利亚高压和阿留申低压增强,对流层中层贝加尔湖槽加强;南方区域极端低温事件偏多时,海平面气压表现为偶极子型的1波结构,欧亚大陆和大西洋为正距平,北美大陆和太平洋为负距平,对流层中层东亚大槽加强南伸。对年代际变化分量(≥8a),大气环流形势都表现为北极涛动负位相,南方区域不显著。     

北欧海大气低空辐合辐散的东西振荡模态及其相应的大气遥相关异常环流

北欧海作为连接北冰洋和北大西洋的重要海域,其由热效应产生的辐合场值得关注。本文利用NECP/NCAR的速度势函数(Velocity Potential,VP)数据表征北欧海辐合辐散场,发现在秋冬季北欧海上空大气低层存在一个独立的辐合区域。经验正交函数分解结果表明,北欧海上空的VP显示出除了表征北极涛动的全区一致型模态外,还表现出一个东西向辐合辐散反位相的东西振荡型模态。该模态与一支连接北大西洋涛动(NAO)和欧亚遥相关(EU)的复合型大气遥相关波列有关,北欧海表层潜热和感热异常加热通过影响低空大气的异常辐合辐散,与北大西洋偶极子型海温异常加热共同作用,加强了NAO异常环流;同时高空急流波导作用加强了从北欧海到东亚的EU波列,使得位于NAO和EU之间的北欧海成为连接NAO和EU大气遥相关波列的“中继站”,进而通过这种复合型大气遥相关波列将北大西洋与东亚大气环流联系起来,形成对东亚地区天气气候的远程影响。     

夏季赤道中东太平洋海温和北极海冰异常对大气环流影响的数值模拟

利用菱形截断15波的9层全球大气环流谱模式设计了若干数值试验,分别研究了赤道中东太平洋海温偏暖、北极不同区域海冰偏多以及海温偏暖同时海冰偏多对夏季北半球大气环流的影响,结果表明北极海冰偏多和赤道中东太平洋海温偏暖,对夏季北半球大气环流具有同等效应,海冰和赤道海温任何一方的变异均可显着影响大气环流,其中亚洲-北美型和欧亚型遥相关是极冰和赤道海温影响北半球夏季大气环流异常的主要动力学途径。本文结果再一次证实了赤道和极地之间的热力差是决定大气环流的最基本因子。     

秋季西北太平洋热带气旋累积能量的年际变化及其预报

秋季是西北太平洋热带气旋平均强度最强的季节,热带气旋累积能量(accumulated cyclone energy,ACE)是热带气旋平均强度的表征指标,基于1979—2015年日本气象厅最佳路径热带气旋数据集,以及美国冰雪中心海冰数据和哈得来环流中心海温数据,利用回归分析和多元逐步回归等方法,对秋季西北太平洋ACE指数进行了分析和预报。研究表明:秋季西北太平洋ACE指数具有显著的年际变化特征,与厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)有关,最大和最小值分别出现在1991年的厄尔尼诺年和1999年的拉尼娜年,在厄尔尼诺发展年的秋季ACE一般较强,而在拉尼娜衰减年的秋季热带气旋强度则较弱; ACE指数变化受来自北极海冰变化强迫中纬度异常波列的影响及其受到厄尔尼诺海温模态的调制;由于海冰在波弗特海的异常增多,强迫对流层高层夏季出现类似北半球环球遥相关型异常波列,波列正压下传,使得夏秋季西北太平洋副热带高压东退北移;副热带高压活动的变化和太平洋海温的异常分布影响了局地的环流,热带气旋生成源地弱的垂直风切变区域偏东和涡度显著增大有利于热带气旋在暖海洋上发展强盛。最后进行建模预报,预报效果为0.69。若单独使用海温或海冰作为唯一要素来预报,预报效果将大大降低。     

湄洲湾夏季的初级生产力

湄洲湾１９９２年夏季的叶绿素ａ，三磷酸腺苷，碳比积累速率，初级生产力的变化范围和均值分别为０．４５－４．７２，１．４９ｍｇ／ｍ＾３；０．１２－１．０７，０．３１μｇ／ｄｍ＾３；０．０６－０．５８，０．３４ｄ＾－１；０．０７－０．３４，０．２１ｍ／（ｍ＾２．ｄ）。叶绿素ａ与三磷酸腺苷之间。初级生产力与碳比积累速率之间均呈正相关关系。叶绿素ａ三磷本能腺苷的比值为４．８，湄洲湾夏季浮游植物的生长受氮不足     

Size-fractionated uranium isotopes in surface waters in the Jiulong Estuary in China

Surface water was collected from the Jiulong Estuary for determination of activity concentrations of uranium isotopes in different size fractions, namely, greater than 53, 10 -53, 2 - 10, 0.4 -2 μm, 10 000 u -0.4 μm and less than 10 000 u fractions by microfihration and cross-flow uhrafiltration technologies. Results indicated that most of the dissolved uranium （ 〈 0.4 μm） exis- ted in the low molecular mass fraction （ 〈 10 000 u）, and the colloidal uranium-238 （10 000 u -0.4 μm） only contributed less than 1% of the dissolved uranium-238. The fractions of colloidal uranium in the dissolved phases decreased with the increasing sa- linity. A positive linear relationship between uranium-238 activities and salinities was observed for the dissolved, colloidal and low molecular mass fractions, indicating a conservative behavior of uranium in the Jiulong Estuary. In the particulate phases （ 〉 0.4 μm）, the partitioning of uranium isotopes among different size fractions was controlled by the partitioning of particle concentrations. In the regions with salinities below 20, the partitioning of uranium-238 among different size fractions was as follows： 10 - 53 μm 〉 2 - 10 μm 〉 0.4 - 2 μm greater than above 53 μm. However, the order at the offshore station with salinities above 30 changed as follows ： 0.4 - 2 μm 〉 10 - 53 μm 〉 2 - 10 μm greater than above 53 μm. The fraction of the 0.4 - 2 μm particles increased at the offshore station, suggesting the increased contribution of the authigenic uranium. The activity ratio of uranium-234 to uranium-238 in the dissolved phases, including the low molecular mass fraction and the colloidal fraction, was larger than unity, showing the occurrence of excess uranium-234. In contrast, the activity ratio of uranium-234 to uranium-238 in all size fractions of the particulate phase was close to the equilibrium value （1.0）. The observed different values of the activity ratio of uranium-234 to uranium-238 in the dissolved phase and the partic     

一氧化氮在浮游植物中的研究进展

对一氧化氮在浮游植物中的研究进展进行了归纳,总结了一氧化氮对浮游植物生长的影响,探讨了浮游植物中一氧化氮的产生机制,并对今后的研究重点提出展望。     

Recent progress in submarine geosciences in China

In China submarine geosciences represents a newly established discipline of oceanography, focusing on the oceanic lithosphere, and its interface with the hydrosphere and biosphere. Recently, supported by the National High Technology Research and Development Program and other high-tech development projects, significant progress has been made in the development of advanced technologies and equipment. This en- ables the scientists in China to carry out explorations of the international seabed area in the Pacific Ocean and on the Southwest Indian Ridge. In addition, they have been active in the research activities associated the mid-ocean ridges and western Pacific marginal seas. It is anticipated that this research field will continue to be highly fruitful in the near future.     

夏季珠江口沉积物中营养盐剖面分布和界面交换通量

通过对夏季珠江口区域沉积物间隙水营养盐剖面分析,调查了营养盐含量分布和特征,探讨了有机物的降解特性、营养盐的底部通量估算和作用.结果表明,珠江口沉积物间隙水中营养盐以高含量铵盐为主要的存在形式,沉积物中有机物的降解反应主要在厌氧状态下进行,底部水体铵盐的增加来源于底部沉积物有机质的降解释放,而且对水体的营养盐循环有较大的贡献.     

中国海洋腹足类分类学研究进展——纪念中国科学院海洋研究所建所70周年

中国科学院海洋研究所建所70年来，在海洋贝类分类学研究领域取得了长足发展与进步，做出一系列开创性研究成果。本文综述了建所以来我所海洋腹足类分类学研究方面的主要进展，概述了取得的主要科研成果，分析了现代腹足类分类学研究的发展趋势以及面临的挑战，并对今后的发展提出了相应对策和建议。     

九龙江口红树林区底栖动物体内的多环芳烃

2001年8月和11月在九龙江口红树林区采集了6种底栖动物,测定了它们体内16种多环芳烃的含量.紫游螺(Neritina [Dostia] violacea)、黑口滨螺(Littoraria melanostoma)、可口革囊星虫(Phascolosoma esculenta)、弹涂鱼(Periophthalmus cantonensis)、查加拟蟹守螺(Cerithideadj adjariensis)、孔虾虎鱼(Trypauchen vagina)对沉积物中多环芳烃的富集系数均小于1.弹涂鱼和黑口滨螺体内多环芳烃的含量有随沉积物中多环芳烃含量的增加而增加的趋势,但它们的富集系数却有随沉积物中多环芳烃含量增加而减少的趋势.弹涂鱼、黑口滨螺、查加拟蟹守螺和可口革囊星虫体内多环芳烃主要由二环多环芳烃组成,紫游螺和孔虾虎鱼体内分别是四环和五环多环芳烃比例最高.     

近33年沧州海域围填海空间格局变化分析

利用1985—2018年6个时间段的Landsat TM、ETM、OLI遥感影像，使用面向对象的遥感提取方法，通过选取空间利用结构、开发利用程度、景观指数及质心转移分析了沧州市围填海空间格局变化特征。结果表明：33年间研究区内围填海活动剧烈，1985—2018年，沧州近岸海域新增围填海面积137.05 km²，围填用海规模随时间变化不断扩大。1985—2003年，围填海空间利用结构和类型经历了从以围填养殖用海为主到各类型围填用海兼备的演化过程。研究区内围填海强度逐渐上升，2018年围填海开发强度指数达到274.55。港口用海逐渐成为沧州近海海域围填海的主要类型，围海养殖用海次之。1985—2018年，沧州市围填海景观的聚集度指数与蔓延度指数均较高，平均聚集度指数高达99.4004，围填海景观分布具有较强的规律性。沧州市围填海质心不断向东南方向移动，说明沧州市围填海开发的重点区域逐步迁移至沧州南部海域。在当前围填海现状下，应注重后续围填海开发活动的合理规划和集约利用。