三大洋表层海水盐度的分布特征

本文据我国1986—1987年首次环球科学考察和第三次南极考察实测的盐度资料,报道了太平洋、大西洋和印度洋表层海水盐度的分布,并与Bryan的世界大洋蒸发和降水盈亏(E—P)模式作了比较,讨论了影响大洋表层海水盐度分布、变化的主要因素,还给出了考察航线上一些近海和港湾表层海水盐度的实测结果。     

岁差驱动的全新世热带太平洋—印度洋水汽输送

大洋内部蒸发、水汽输送和降水过程构成了全球水文循环的主体,但长久以来对全新世大洋内部水文循环的演变历史和驱动机制缺乏认识。利用全球热带海区98个站位混合层浮游有孔虫壳体的δ¹⁸O和Mg/Ca温度记录,计算了全新世以来表层海水δ¹⁸O以及海水剩余δ¹⁸O的波动历史。发现最显著的特征是全新世以来热带西太平洋和东印度洋表层海水剩余δ¹⁸O具有不同的变化趋势。早—中全新世时期(11.5～6.0 ka BP),热带西太平洋表层海水剩余δ¹⁸O比东印度洋偏重约0.2‰,而晚全新世(2.0～0 ka BP),两个海区的重建值几乎相同。结合同位素数值模拟结果,发现岁差通过一系列机制控制了两个大洋不同的剩余δ¹⁸O变化信号。早全新世较低的岁差值可以驱动西太平洋往印度洋的大气水汽净输送并降低印度洋降水同位素,同时强盛的南亚季风通过河流体系向孟加拉湾倾注了大量陆地冲淡水。这些机制都有利于东印度洋海水剩余δ¹⁸O出现相对负偏移信号。但较低的岁差值导致开放的西...     

南海南沙海区沉积有机质分布特征及其指示意义

对现在过程的研究可为了解过去沉积环境演变信息提供重要线索。对南海南沙广阔海域23个现代表层沉积物样品总有机碳(TOC)、总氮(TN)含量及同位素组成(δ¹³CTOC和δ15N)进行测试分析,以期通过沉积有机质的现代组成分布特征为反演其历史时空分布变化规律及其驱动机制提供参考。南沙海区表层沉积物TOC/TN(5.5～7.9,平均为6.5±0.6)和δ¹³CTOC(–21.9‰～–18.7‰,平均为–21.0‰±0.7‰)揭示了沉积有机质主要来自海源贡献;δ¹³CTOC与TOC和TOC/TN的相关性分析表明了TOC未受明显的早期成岩作用影响,因此表层沉积物TOC可用于反映现代上层海水生产力状况。南沙海区表层沉积物TOC(0.32%～0.97%,平均为0.67%±0.17%)呈现明显的西-东向分布差异,高值主要位于西部前缘地带,低值主要分布在东部海域。表层沉积物TOC的地理分布特征表明了西南夏季风对南沙海域表层海水生产力的主要调控作用—由夏季风产生的越南上升流和湄公河陆源输入带来的高通量营养盐促进了西部前缘海域浮游植物的勃发,...     

南极表层海水中Ni的浓度

本文测定了南极表层海水中的Ni浓度。Ni浓度的变化范围为0.05—0.19μg/L,平均值为0.13μg/L。文中综论了世界大洋和近岸海域表层水中Ni的基线浓度分布,指出近岸表层水Ni的浓度高于大洋,而大洋表层水中的Ni高于印度洋和太平洋,南极表层海水中Ni的浓度最底。Ni是陆源物质,并在表层水中大量消耗。     

环渤海地区河流河口及海洋表层沉积物有机质特征和来源

2013年8月采集了环渤海地区35条主要河流河口表层沉积物样品,12月采集了渤海与北黄海24个表层沉积物样品,分析了其生物地球化学指标:总有机碳(TOC)、总氮(TN)、有机碳同位素(δ13C)和氮同位素(δ15N),探讨该区域表层沉积物有机质特征及组成。研究表明:河流河口表层沉积物有机碳同位素(δ13C)值在–26.4‰—–21.8‰,平均值为–24.5‰;渤海表层沉积物有机碳同位素(δ13C)值在–23.8‰—–21.7‰,平均值为–22.3‰。河口表层沉积物TOC含量在0.06%—3.87%,平均值为1.31%;渤海表层沉积物TOC含量在0.52%—2.09%,平均值为1.08%。河流δ13C富集较轻,偏向陆源;海洋δ13C富集较重,偏向水生有机质来源。河流河口表层沉积物的δ13C值差异较明显,最大值与最小值相差4.6‰,但是流域地理位置距离近的河流δ13C值差异不大。河流河口表层沉积物δ15N在1.5‰—10.2‰,平均值为5.5‰;渤海表层沉积物δ15N在4.4‰—5.6‰,平均值为5.0‰。河流表层沉积物δ15N范围比渤海表层沉积物δ15N范围广,原因是河流受陆源有机物影响,且陆源有机物来源差异大。海洋表层沉积物δ15N相对均一,说明海洋表层沉积物δ15N受物源影响较小,体现了水体中有机质的转化和微生物活动对氮同位素的影响。本研究中表层沉积物的δ13C与δ15N没有明显的相关性,也体现了陆源有机质输入的影响。根据经典的二元模式计算,35条河流陆源有机质的贡献比例范围为10%—90%,平均值为60%;渤海陆源贡献比例范围为10%—50%,平均值为20%。河流有机质的来源以陆源有机质为主,水生有机质为辅。渤海有机质的来源以水生有机质为主,环渤海河流的陆源输入也有重要贡献。需要指出的是,有机碳同位素(δ13C)、氮同位素(δ15N)和Corg/Ntotal对有机质来源判别有一定局限性,虽然稳定同位素有示踪性,然而其成分仍然不可避免地受到生物地球化学等过程的改造,在使用稳定同位素技术示踪物源时,须小心谨慎。     

外源对太湖河口沉积物有机质贡献的同位素示踪

分析了太湖流域不同土地利用类型土壤、河口表层沉积物及主要生物的有机碳含量和同位素分布特征,并利用端元混合法求取了陆源输入对湖泊沉积物有机质的贡献及分布。研究结果表明,流域表层土壤有机质δ13C受植物群落的δ13C值影响,不同植被类型的土壤有机质δ13C值存在差异。茶园、菜地、林地和农田δ13Corg平均值分别为-25.4‰、-25.8‰、-27.1‰和-28.1‰,其中茶园有机碳同位素值最高。河口表层沉积物有机碳同位素变化范围为-27.5‰～-25.1‰,平均值为-25.7‰。河口近岸区域表层沉积物δ13Corg偏低,且以河口为轴心向湖心逐渐增大,呈扇形条状分布,其分布主要受低δ13C值的陆源有机质输入影响。利用端元混合法求得近河口表层沉积物中陆源有机质贡献高达70%～80%,随着离岸距离的增加,陆源有机质贡献量逐渐减少。     

广东省典型海湾表层沉积有机质的来源和分布

于2009年对广东省3个典型海湾湛江港、深圳湾和流沙湾表层沉积物的稳定碳同位素进行了分析。结果显示,湛江港表层沉积物δ13C值的范围为25.9‰—23.9‰,平均值为25.2‰;深圳湾表层沉积物的δ13C值的范围为25.9‰—23.2‰,平均值为25.1‰;流沙湾表层沉积物的δ13C值的范围为23.2‰—20.0‰,平均值为20.9‰。根据经典二元模式计算,湛江港陆源有机质的贡献比例范围为0.57—0.90,平均为0.78;深圳湾陆源有机质的贡献比例范围为0.45—0.90,平均为0.76;而流沙湾表层沉积有机质中海洋有机质的贡献比例较大,陆源有机质的贡献比例很小。湛江港和深圳湾表层沉积有机质主要来源于陆架,可能是C3(光合作用最初产物为三碳化合物)植物和海洋浮游微藻的混合有机质,但起主导作用的是陆架C3植物;而流沙湾表层沉积有机质主要来源于大型海藻和贝类的排泄物。各海湾沉积有机质的分布没有明显的规律性,主要受大陆径流、航运和潮汐的影响,同时也受海域初级生产力和水产养殖业的影响。     

西北太平洋公海秋刀鱼碳、氮稳定同位素特征研究

秋刀鱼(Cololabis saira)广泛分布于西北太平洋海域,是我国重要的大洋性远洋作业对象之一。为研究秋刀鱼摄食以及营养生态位特征,基于2018年7～11月西北太平洋公海采集的秋刀鱼样本,分析了秋刀鱼肌肉样本的碳、氮稳定同位素特征。结果表明:(1)样本碳稳定同位素(δ¹³C)值范围在-24.60‰～-20.69‰之间,氮稳定同位素(δ¹⁵N)值范围在6.49‰～11.11‰之间,以桡足类作为基线生物,营养级范围在2.44～3.71之间。(2)雌雄样本间δ¹³C值、δ¹⁵N值、营养级均不存在显著性差异(P>0.05);雄性样本核心生态位(SEAc)和总生态位(TA)均高于雌性。(3)广义相加模型(Generalized Additive Model,GAM)显示,δ¹³C值、δ¹⁵N值和营养级值均随体长增加而增大(P<0.05);251～260 mm体长组间的SEAc高于其他体长组;聚类分析结果表明,体长小于280 mm和大于280 mm的...     

海洋悬浮颗粒物中氮同位素的 EA-IRMS法测定

本测定方法利用元素分析 同位素质谱 (EA IRMS)分析系统 ,设计改装了一套适用于大气氮标定钢瓶氮同位素的封闭分析系统 ,并建立了测定悬浮颗粒物中氮同位素的分析方法 .将海水样品经 45 0℃预燃烧过的玻璃纤维滤膜过滤 ,获得悬浮颗粒物 .设定大气δ1 5N值为零 ,连续进样 12次 ,测定大气氮的δ1 5Nair 值为 ( 0 .0 2±0 .0 3)‰ ;并对参考气高纯钢瓶氮进行了标定 ,其δ1 5Nair值为 ( -0 .0 9± 0 .0 2 )‰ ;其离子强度在 0 .5 0～ 6 .0V之间具有良好的线性 ,样品分析精度优于 0 .15‰ .采用该方法实测 5 8份海水悬浮颗粒物 ,获得1 5N天然丰度平均值为 0 .36 7% .     

厦门沿岸地区大气降水中氢、氧稳定同位素组成及其影响因素

利用2004年4月至2006年4月采集于厦门沿岸地区的44个雨水样品,对降水中的氢、氧同位素组成及其影响因素进行了分析和研究,结果表明:(1)厦门沿岸地区大气降水中δ18O值为-10.30‰～-0.13‰,平均值为-3.67‰;δD值为-74.7‰～7.3‰,平均值为-20.5‰,均处于全球及国内降水中δ18O和δD值的变化范围内。(2)厦门沿岸地区大气降水中的δ18O和δD值受纬度效应影响。(3)厦门沿岸地区大气降水中δ18O和δD值的季节差异较大,季风气候及其导致的降雨量效应是影响该地区δ降水值季节变化的主要因素。(4)降水中的氘过剩值(d值)为1.21‰～17.10‰,平均值为8.87‰,小于世界大部分区域雨水中的d值,说明厦门沿岸地区的降水源区蒸发速率比较缓慢,降水云团主要来自海洋汽团。(5)厦门沿岸地区大气降水线为:δD=7.67δ18O+7.68(p0.0001,R2=0.9876),与全球及国内的降水线接近,说明雨滴在降落过程中存在一定的再蒸发过程,该特征在夏季较显著。     

南太平洋富稀土海区海水中的溶解态稀土元素空间分布特征研究

深海富稀土沉积物因其资源潜力巨大,近年来备受关注。一般认为,沉积物中稀土元素和钇（总称REY）的主要来源为上覆海水,但针对富稀土海区上覆海水中REY的研究较少。本研究针对南太平洋富稀土海区采集的3个站位的全水深海水样品,测试出了15种溶解态REY,并对比了邻近海域已发表的数据,分析了该海区REY的空间分布特征。研究区表层水中溶解态REY浓度主要受风尘输入影响,而中层和深层水体中溶解态REY浓度主要受水团控制。经过澳大利亚后太古代页岩（PAAS）和北太平洋深层水（NPDW）归一化后的配分模式可确定REY间的分馏特征,分辨出不同水团。与其他大洋中报道的REY数据比较发现,表层水中REY浓度受风尘和河流输入影响导致差别较大,中层水中REY浓度与印度洋较为接近,深层水中REY浓度与不同大洋的水团年龄表现为正相关趋势,即REY浓度由小到大依次为大西洋、印度洋、南太平洋、北太平洋。     

印度洋浮游生态系统的特点及其对全球变暖的响应

与太平洋和大西洋相比,印度洋有独特的季风和洋流系统和由此驱动的浮游生物分布及生产规律.在全球变暖的背景下,印度洋的变暖趋势比太平洋和大西洋更为显著,是研究变暖对海洋浮游生态系统影响的热点海区之一.文章结合国内外文献,评述印度洋浮游生态系统的现状、特点及对全球变暖的响应,包括印度洋的浮游生物地理分布、南北印度洋浮游生态系...     

楚科奇和西伯利亚陆架颗粒有机物的来源：碳、氮同位素的线索

The stable isotopic composition(δ~(13)C and δ~(15)N) and carbon/nitrogen ratio(C/N) of particulate organic matter(POM) in the Chukchi and East Siberian shelves from July to September, 2016 were measured to evaluate the spatial variability and origin of POM. The δ~(13)C_(POC) values were in the range of -29.5‰ to-17.5‰ with an average of -25.9‰±2.0‰, and the δ~(15)N_(PN) values ranged from 3.9‰ to 13.1‰ with an average of 8.0‰±1.6‰. The C/N ratios in the East Siberian shelf were generally higher than those in the Chukchi shelf, while the δ~(13)C and δ~(15)N values were just the opposite. Abnormally low C/N ratios(4), low δ~(13)C_(POC)(almost-28‰) and high δ~(15)N_(PN)(10‰) values were observed in the Wrangel Island polynya, which was attributed to the early bloom of small phytoplankton. The contributions of terrestrial POM, bloom-produced POM and non-bloom marine POM were estimated using a three end-member mixing model. The spatial distribution of terrestrial POM showed a high fraction in the East Siberian shelf and decreased eastward, indicating the influence of Russian rivers. The distribution of non-bloom marine POM showed a high fraction in the Chukchi shelf with the highest fraction occurring in the Bering Strait and decreased westward, suggesting the stimulation of biological production by the Pacific inflow in the Chukchi shelf. The fractions of bloom-produced POM were highest in the winter polynya and gradually decreased toward the periphery. A negative relationship between the bloom-produced POM and the sea ice meltwater inventory was observed, indicating that the net sea ice loss promotes early bloom in the polynya.Given the high fraction of bloom-produced POM, the early bloom of phytoplankton in the polynyas may play an important role on marine production and POM export in the Arctic shelves.     

Thallium concentrations in seawater

Measurements of the concentration of thallium in seawater collected from numerous ocean locations ranged from 12 to 16 ng kg⁻¹. Variations between the Atlantic and Pacific Oceans, between the northern and southern hemispheres of the Pacific Ocean, and between surface and deep waters of both the Pacific and Atlantic oceans were comparable with the precision of the analyses. This relatively constant distribution indicates that the element's cycle in seawater may be similar to those of the alkali metals which are its principal biogeochemical analogues.     

Argo资料的全球上层海温年和半年周期振荡的空间分布特征

利用小波分析方法,对2003-2008年周平均的Argo(地转海洋学实时观测阵)海温资料进行了分析,给出了全球上层海温年周期和半年周期振荡的空间分布特征.结果表明,南北半球中高纬地区以表层海温的年周期变化为主,在低纬度地区,表层海温以半年周期为主,而温跃层附近海温既有年周期也有半年周期(赤道太平洋、东南印度洋和赤道西大西洋以年周期为主;赤道东、西印度洋以半年周期为主).南北半球中高纬的年周期海温和北半球中纬度的半年周期海温在表层范围最大,显著性最高,强度最强,位相最前.随深度的增加,范围减小,显著性降低,强度减弱,位相滞后.信号主要集中在水深50 m以上,影响深度在150m以浅;赤道附近的太平洋和热带东南印度洋的年周期海温以及赤道东、西印度洋的半年周期海温在水深100m范围最大,显著性最高,强度最强,位相最前,信号主要集中在温跃层附近,影响深度均可达500m.     

全球热带海洋海表温度场异常对北极海冰的影响

本文利用1951?2021年哈德莱中心提供的海冰和海温最新资料以及美国国家海洋和大气管理局气候预报中心提供的NCEP/NCAR再分析资料,分析探讨了北极海冰70余年的长期变化特征,进而研究了其快速减少与热带海温场异常变化之间的联系,揭示了在全球热带海洋海温场变化与北极海冰之间存在密切联系的事实。结果表明,北极海冰异常变化最显著区域出现在格陵兰海、卡拉海和巴伦支海。热带不同海区对北极海冰的影响存在明显时滞时间和强度差异,热带大西洋的影响相比偏早,印度洋次之,太平洋偏晚。热带大西洋、印度洋和中东太平洋海温异常影响北极海冰的最佳时间分别是后者滞后26个月、30个月和34个月,全球热带海洋影响北极海冰的时滞时间为33个月。印度洋SST对北极海冰的影响程度最强,其次是太平洋,最弱是大西洋。全球热带海洋对北极海冰的影响过程中,热带东太平洋和印度洋起主导作用。当全球热带海洋SST出现正（负）距平时,北极海冰会出现偏少（多）的趋势,而AO、PNA、NAO对北极海冰变化起重要作用,是热带海洋与北极海冰相系数的重要“纽带”。而AO、PNA和NAO不仅受热带海洋SST的影响,同时也受太平洋年代际振荡PDO和大西洋多年代际AMO的影响,这一研究为未来北极海冰快速减少和全球气候变暖机理的深入研究提供理论支撑。     

The long-term trend of the sea surface wind speed and the wave height (wind wave, swell, mixed wave)in global ocean during the last 44 a

Utilizing the 45 a European Centre for Medium-Range Weather Forecasts(ECMWF)reanalysis wave data(ERA-40),the long-term trend of the sea surface wind speed and(wind wave,swell,mixed wave)wave height in the global ocean at grid point 1.5×1.5 during the last 44 a is analyzed.It is discovered that a majority of global ocean swell wave height exhibits a significant linear increasing trend(2–8 cm/decade),the distribution of annual linear trend of the significant wave height(SWH)has good consistency with that of the swell wave height.The sea surface wind speed shows an annually linear increasing trend mainly concentrated in the most waters of Southern Hemisphere westerlies,high latitude of the North Pacific,Indian Ocean north of 30 S,the waters near the western equatorial Pacific and low latitudes of the Atlantic waters,and the annually linear decreasing mainly in central and eastern equator of the Pacific,Juan.Fernandez Archipelago,the waters near South Georgia Island in the Atlantic waters.The linear variational distribution characteristic of the wind wave height is similar to that of the sea surface wind speed.Another find is that the swell is dominant in the mixed wave,the swell index in the central ocean is generally greater than that in the offshore,and the swell index in the eastern ocean coast is greater than that in the western ocean inshore,and in year-round hemisphere westerlies the swell index is relatively low.     

The effect of a northward shift in the southern hemisphere westerlies on the global ocean

We examine the effect of a northward shift in the position of the southern hemisphere subpolar westerly winds (SWWs) on the vertical and horizontal distribution of temperature and salinity in the world ocean. A northward shift of the SWWs causes a latitudinal contraction of the subpolar gyres in the southern hemisphere (SH). In the Indian and Pacific, this leads to subsurface warming in the subtropical thermocline. As the southern margins of the gyres move into latitudes characterised by warmer surface air temperature (SAT), the layers at mid-depth below 400 m depth become ventilated by warmer water. We characterize the approximation of the ventilated thermocline in our coarse resolution model using a set of passive tracer experiments, and illustrate how the northward shift in the SWWs causes an equatorward shift in the latitude of origin of water ventilating layers deeper than 400 m in the Indian and Pacific, leaving the total surface ventilation of the upper 1200 m unchanged. In contrast, the latitudinal constraint on the Antarctic Circumpolar Current posed by the Drake Passage causes a cooling and freshening throughout the Atlantic thermocline; here, subsurface thermocline water originates from higher latitudes under the wind shift. On longer timescales Atlantic cooling and freshening is reinforced by a reduction in North Atlantic Deep Water (NADW) formation and surface salinification of the Indian and Pacific Oceans. In effect, the latitude of zero wind stress curl in the SWWs regulates the relative importance of the “cold water route” via the Drake Passage and the “warm water route” associated with thermocline water exchange via the Indian Ocean. Thus, a more northward location of the SWWs corresponds with a reduced salinity contrast between the Indian/ Pacific Oceans and the Atlantic. This results in reduced NADW formation. Also, a more northward location of the SWWs facilitates the injection of cool fresh Antarctic Intermediate Water into the South Atlantic subtropical gyre. Beyond these changes, on a millennial timescale, the deep ocean warms throughout the water column in response to the wind shift. Global salinity stratification also becomes less stable, as more saline water remains at the surface and accumulates in the Indian and Pacific thermocline. The freshening of the deep ocean reflects a reduced stirring of the global ocean due to reduced net circulation arising from a misalignment between the westerlies and the topographically constrained ACC. Our results lend support to the idea that a more equatorward location of the SWW maximum during glacial climates contributed to cooler and fresher conditions in the Atlantic, inhibiting NADW.     

Copper and zinc isotope variations in ferromanganese crusts and their isotopic fractionation mechanism

Ferromanganese(Fe-Mn) crusts are potential archives of the Cu and Zn isotope compositions of seawater through time. In this study, the Cu and Zn isotopes of the top surface of 28 Fe-Mn crusts and 2 Fe-Mn nodules were analysed by MC-ICP-MS using combined sample-standard bracketing for mass bias correction. The Zn isotope compositions of the top surface of Fe-Mn crusts are in the range of 0.71‰ to 1.08‰, with a mean δ~(66) Zn value of 0.94‰±0.21‰(2 SD, n=28). The δ~(65) Cu values of the top surface of Fe-Mn crusts range from 0.33‰ to0.73‰, with a mean value of 0.58‰±0.20‰(2 SD, n=28). The Cu isotope compositions of Fe-Mn crusts are isotopically lighter than that of dissolved Cu in deep seawater(0.58‰ vs. 0.9‰). In contrast, the δ~(66) Zn values of Fe-Mn crusts appear to be isotopically heavy compared to deep seawater(0.94‰±0.21‰ vs. 0.51‰±0.14‰). The isotope fractionation between Fe-Mn crusts and seawater is attributed to equilibrium partitioning between the sorption to crusts and the organic-ligand-bound Cu and Zn in seawater. The Cu and Zn isotopes in the top surface of Fe-Mn crusts are not a direct reflection of the Cu and Zn isotopes, but a function of Cu and Zn isotopes in modern seawater. This study proposes that Fe-Mn crusts have the potential to be archives for paleoceanography through Cu and Zn isotope analysis.     

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Arlindo计划以来,人们对印尼海潮致混合的认识不断深化,并通过在海洋环流数值模式中考虑印尼海强潮致混合过程,提升了对印尼海和全球大洋环流的模拟效果。但由于缺乏现场观测资料和针对性的潮致混合参数化方案,印尼海潮致混合特征的定量描述及其在海洋环流与气候模式中的表达尚未完全解决。本研究对印尼海潮致混合及其在海洋环流和气候数值模式中的应用的最新研究成果进行了概述和展望,并对未来该海域混合观测方案和潮致混合参数化方案提出了针对性建议。