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。     

黑潮与毗邻陆架海域的碳交换

作为沟通陆架边缘海与开放大洋的北太平洋西边界流,黑潮对毗邻中国陆架海域碳循环有着不可忽视的影响。分析总结了黑潮与毗邻陆架海域海水中溶解有机碳(DOC)、颗粒有机碳(POC)、溶解无机碳(DIC)和颗粒无机碳(PIC)分布与交换的现有研究成果。分析表明,黑潮通过表层水涡旋、入侵以及次表层以下水体上涌等形式携碳进入毗邻陆架海域。在黑潮与毗邻陆架海域,DOC和POC的分布受生物活动、水团混合以及沉积物—水界面相互作用的共同影响,表层与陆架水中含量较高,DIC受海水碳酸盐体系平衡影响,表层含量低于底层,在陆架海域与上升流区有高值,PIC含量较低。在台湾东北海域,DOC,POC和DIC由东海陆架海域向黑潮有净输出,输出量分别为2 431×109,1 051×109和21 733×109mol C/a,PIC通过陆架源悬浮颗粒物向黑潮主流输送,通量为1 852×109mol C/a。DOC,POC和PIC由南海经吕宋海峡向黑潮有净输出,输出量分别为2 652×109,1 009×109和230×109mol C/a,但DIC由黑潮向南海有净输出,通量为13 005×109mol C/a。台湾海峡碳循环受黑潮输运的影响,但影响机制及过程至今并不清楚。因此,黑潮与毗邻陆架海域的碳交换过程研究还有若干重大科学问题亟待解决,尚需深入系统的研究。     

中国近海海面地形机制研究

介绍了求得中国近海海面地形的几何水准法、球函数模型法、海洋水准法,重点介绍了海洋水准法,并指出用水文资料计算中国近海海面地形时,必须考虑气压的均衡效应和气压的非均衡效应。定量分析了水文因素的影响,气压因素的影响,及太平洋北赤道流(黑潮)对中国近海海面地形的影响,得出了一些有益的结论。     

中国东部海域表层沉积物粒度组成及影响因素

基于海洋区域地质调查获取的1 438个粒度数据，利用Folk分类方法将中国东部海域表层沉积物划分为砂质粉砂、粉砂质砂、粉砂、砂、砂质泥、泥质砂、泥7种沉积物类型，阐述了不同沉积物类型的粒度组成和参数特征.其中，砂质粉砂、粉砂质砂和粉砂是3种最主要的沉积物类型，分别占样品总数的34.70%、24.20%和15.51%.粉砂质砂呈条带状分布在研究区的南部且向北延伸.粉砂主要分布在长江口-浙闽沿岸、渤海西部和南黄海中北部.砂主要分布在东海外陆架、扬子浅滩和苏北浅滩、朝鲜湾等海区，其中在东海外陆架海区分布最广.影响沉积物分布的主要因素有物源、水动力环境以及水深、地形、地貌等.晚第四纪冰期旋回中海平面变化和海洋环流控制陆源沉积物的入海通量和陆架沉积体系的发育过程.综合沉积物物源供给、海洋环流、冰后期海平面变化过程，基于Folk分类的动力学属性和表层沉积物类型分布，将中国东部海域表层沉积物分布划分为河口沉积、陆架泥质沉积、潮流沉积以及残留沉积等分区.不同沉积分区的形成机制和影响因素差异显著，反映出在中国东部陆架的特殊地形影响下，不同海平面时期陆源碎屑物质的运移过程.      

中国东部陆架边缘海海洋物理环境演变及其环境效应

中国东部陆架边缘海是支撑中华民族伟大复兴的经济海域,其重要的战略地位及经济贡献对国家发展至关重要。对海洋环境和生物资源的了解有利于国家的根本利益,有利于加快创建和谐社会的宏伟目标,因而对该海域的深入研究是当前面临的迫切任务。国家重点基础研究发展计划（973）项目“中国东部陆架边缘海海洋物理环境演变及其环境效应”拟对中国东部陆架边缘海这样一个层化结构多变、多种运动形态耦合的复杂动力学系统中的物理环境的演变及其环境效应进行深入研究,进而揭示海洋环境演变规律,为国防安全、渔业生产等提供科学支持;同时对该项目研究的目的、科学意义、关键科学问题及预期目标等进行了简要介绍。     

热带海洋盐度障碍层多尺度变异机理及其对海气相互作用的影响研究进展

在上层海洋,受盐度的影响,温度均匀层和密度均匀层并不一定重合,出现温跃层顶界深度明显大于密度跃层顶界深度的现象,即产生盐度障碍层.重力稳定度较高的障碍层对上层海洋热量的垂直交换具有“热障”作用,使混合层和温跃层无法进行有效的热量交换,导致局地海洋上混合层偏暖,从而影响局地海气相互作用乃至全球气候变化.得益于全球海洋观测计划的实施,近20年来科学家已逐渐认识到盐度在海洋环流和气候变化中的重要性,因此盐度障碍层在上层海洋热量收支中的作用等科学问题已成为物理海洋学的前沿研究热点.以障碍层多尺度变异为中心,围绕影响和调控障碍层变异的关键海洋过程,以及障碍层通过海气相互作用影响天气、气候尺度变异的过程和机理等关键科学问题,综述了近几十年来有关热带障碍层的研究进展.重点总结了以下3个方面的进展:全球不同热带海域障碍层的空间结构和多尺度变异特征;海洋动力过程和大气热力过程在障碍层变异中的作用及其机理;障碍层与天气、气候事件及海洋生物相互作用的关键过程和机理.强调了障碍层变异的海洋—大气耦合过程及其气候效应,最后提出了尚需解决的关键科学问题.     

大洋热盐环流研究的一个焦点：北太平洋是否有深水形成

现代大洋热盐环流的特点之一是北大西洋有深水形成而北太平洋没有，这种不对称性对周边气候产生了重要影响。尽管理论上认为大洋热盐环流可能存在对应不同气候的多平衡态，但北太平洋是否曾有过深水形成已成为目前学术争论的一个热点。简要介绍了最新的热盐环流研究成果，重点分析现代北太平洋无深水形成的原因，其中亚洲季风的水汽输送和低蒸发是两个重要的影响因子。     

亚洲大陆边缘沉积学研究进展(2011—2020)

近十年来,我国在亚洲大陆边缘沉积学和古海洋学研究中取得了突破性进展。在空间上,对北起拉普捷夫海、南至孟加拉湾的广大海域进行了沉积物调查取样,开展了跨纬度"源-汇"过程研究,建立了陆架第四纪高分辨率地层层序,初步揭示了构造运动、海平面变化、亚洲季风、海冰、海流以及人类活动等因素在不同时空尺度上对亚洲大陆边缘"源-汇"过程的基本控制作用。在南海通过国际大洋钻探获取的沉积记录,发现了低纬区水、碳循环直接响应地球轨道变化的证据,提出了低纬过程也能驱动全球气候变化的新认识。通过现场观测,揭示了台风、风暴潮、热带风暴等对陆架沉积和动力过程的影响,阐述了内孤立波、中尺度涡、等深流和浊流等在南海沉积物输运中的作用。对末次冰期以来暖池、黑潮、北太平洋中层水等的演化及其对沉积作用的影响研究也取得了创新性的成果。未来亚洲大陆边缘沉积学的研究应加强现代沉积过程的长期连续观测,重视地质记录中环境演变信号的精确解译,深化数值模拟技术和海洋沉积大数据的挖掘与使用。     

加强我国近海的调查研究

阐述了加强我国近海调查研究的重要意义及物理海洋学在海洋学发展中的重要性；提出了需要加强研究的一些重要物理海洋学问题——近岸区研究的重要性、陆坡区的交换过程、陆架“暖流”动力学问题、陆架海气相互作用等。同时指出亟待加强海洋调查研究.     

中国Argo海洋观测十五年

中国Argo计划组织实施15年以来,在太平洋和印度洋等海域布放了350多个剖面浮标,建成了我国Argo大洋观测网,并建立了针对Argo剖面浮标的资料接收、处理和分发系统,利用Argo资料开发了多个数据产品,在一定程度上推动了国内海洋数据的共享进程。海量的Argo资料已成为我国海洋和大气科学领域基础研究及业务化应用的主要数据源,特别是在热带气旋(台风)、海洋环流、中尺度涡、湍流、海水热盐储量与输送、大洋水团以及海洋、天气/气候业务化预测预报等方面取得了一批重要的研究和应用成果。随着国际Argo计划由"核心Argo"向"全球Argo"拓展,我国Argo大洋观测网的长期维护和持续发展面临巨大挑战,应紧紧抓住这一难得的机遇,利用国产北斗剖面浮标在南海及邻近我国的西北太平洋和印度洋海域建成Argo区域海洋观测网,为应对全球气候变化及防御自然灾害,更多地承担一个海洋大国的责任和义务。     

Impact of the azores front propagation on deep ocean particle flux

The Azores Current originating as a branch of the Gulf Stream is a highly dynamic system in the subtropical North Atlantic. The associated front forms the northeastern boundary of the North Atlantic Subtropical Gyre. In this study we analyzed 42 years of assimilated modeled temperature fields to localize the position of the Azores Front at 22°W and observed a fast north- and southward propagation between 30°N and 37°N on monthly to decadal time scales. The North Atlantic Oscillation with correlated changes of the wind direction was identified as one driving mechanism. As the front is acting as a guide for Rossby waves, the signal of the front??s propagation is transferred to the western Atlantic and, among other atmospheric forcing mechanisms, induces a shifting of the Northern Wall of the Gulf Stream with one year delay. Shallower mixed layer depths in the northern frontal region of the Azores Current caused by the rise of the isotherms lead to nutrient supply and primary production different from those found in the southern frontal region of the current system. A high interannual variability is manifested in deep ocean particle flux, derived from a sediment trap in 2000 m water depth at the mooring site KIEL276 (33°N, 22°W) from 1993 to 2008, which is directly related to the phytoplankton bloom in the euphotic zone. This variability is explained by the propagation of the front and strong variations in the catchment areas of the sediment trap due to the associated eddy activity in the frontal region.     

Variability of the Arctic front during the last climatic cycle: application of a novel molecular proxy

In the Nordic Seas, the Arctic front (AF) marks the boundary between the waters of the North Atlantic Drift/Norwegian Current and those of the Arctic domain. Long- or short-term shifts in the position of the AF may affect climate conditions in the northern hemisphere. Arctic water masses are also the loci of modern open ocean convection; hence, defining these areas in the past is important for reconstructing and modelling ocean circulation and its variability. C₃₇ alkenones are biomarkers for some algae of the Class Prymnesiophyceae (e.g. coccolitho-phorids such as Emiliania huxleyi). These alga occur in most parts of the oceans, in ice-free conditions, and are found nowadays throughout the Nordic Seas. We have related the sedimentary abundance of the tetraunsaturated C₃₇ alkenone (C_37:4) to two types of water masses in the Nordic seas. In locations affected by Atlantic water masses percentages of C_37:4 are less than 5%, whereas in Arctic type water masses these increase to more than 5%. We propose that this observation can be used as a modern analogue to reconstruct the position of the AF in North Atlantic Quaternary sediments. Using this novel molecular proxy we can infer that the southward migration of the AF in the NE Atlantic reached ≈ 50 °N during the last glacial maximum (LGM), but perhaps only 60 °N during the Younger Dryas, and that ocean conditions free of sea ice prevailed throughout the Northern North Atlantic in summer.     

我国海洋科学领域的全球变化研究进展

简要介绍了属于海洋科学研究领域中的全球变化研究计划，重点介绍了我国在热带海洋和全球大气（TOGA）、世界大洋环流试验（WOCE）、全球海洋通量联合研究（JGOFS）和海洋PAGES研究中所开展的工作及其研究进展。     

中国近海海洋锋和锋面预报研究进展

海洋锋是水文要素特性不同的2个水团之间的狭窄过渡带,是一种重要的中尺度海洋现象,对渔业、军事和海洋环境保护等许多领域有重要影响,已经成为近年来物理海洋学以及海洋交叉学科中的重要课题之一。中国近海由于众多环流、水团和涡旋在此交汇,海洋锋现象十分显著,近年来,我国学者对中国近海的海洋锋产生机制和变化规律取得了一定的进展。首先从实测水文资料分析、遥感资料分析和数值模拟3个方面分别回顾了黄海、东海、南海北部等中国近海海域海洋锋的研究进展。对于海洋锋的预报研究,我国起步较晚,但目前对近海海洋锋预报的需求十分迫切。回顾总结了国外海洋锋预报的进展,集中介绍了黑潮锋、冰岛—法罗群岛锋、湾流锋和墨西哥湾锋面涡旋的预报方法和现状,最后对如何开展中国近海海洋锋预报提出思考和展望。     

近海营养盐和微量元素的大气沉降

受气候变化和人类活动的影响,传输和沉降到全球近海的大气污染物急剧增加.1997年后对近海营养盐和微量元素大气沉降的众多研究表明,通过大气沉降至近海的氮和磷分别为13～73 mmol N/(m2·a)和0.11～1.6 mmol P/(m2·a),微量元素的沉降通量具有显著的时空变化特征,在不同海区最高可相差3个数量级.对于很多近海包括东海(East China Sea)和黄海(Yellow Sea),大气沉降的营养盐和部分微量元素可能超出了其河流输入量.大气沉降除了对近海富营养化有重要贡献之外,其事件性特征可使初级生产力在短期内大幅度增加,从而影响赤潮发生.微量元素沉降还可能抑制某些藻类生长,对初级生产力和生态系统结构产生更为复杂的影响.未来研究重点是准确估算近海各物质的大气沉降通量,了解其对浮游植物生长的影响机制.     

热带珊瑚的高分辨率环境信息与全球变化研究进展

星罗棋布的热带珊瑚作为海洋环境的信息载体，具有分辨率高、时间跨度大、记录连续完整、体系封闭性好、蕴涵的信息丰富、可选择的代用指标多、测定简便和易于定年等特点。珊瑚有效地记录了全球环境变化的诸多信息，已成为研究过去（如末次间冰期以来）和近代（如数十至数百年以来）的气候—环境变率和可预测性（PAGES CLIVAR）领域重要的环境载体。以全球变化为背景，对近年来珊瑚环境代用指标的研究成果进行评述。重点讨论了珊瑚氧同位素和微量元素比值等指标在海表温度（SST）变化、海气交换程度、季风强弱、厄尔尼诺—南方涛动（ENSO）发生的频率和强度，以及它们之间的相互作用等全球变化的核心问题上的研究进展，并展望了南海珊瑚在高分辨率全球变化研究中的地位与方向。     

北太平洋涡旋振荡研究进展

从观测事实和动力机制两方面,对近年发现的新的气候模态——北太平洋涡旋振荡（NPGO）的研究成果进行系统总结。NPGO的空间结构表现为北太平洋上海表高度异常（SSHA）的正负中心呈南北偶极子分布,当NPGO位于正位相时,南北涡流都加强,这种加强是由风应力旋度及风生涌流所驱动的。关于NPGO的机制研究发现,NPGO是中纬太...     

West Pacific and North Indian Ocean Seafloor and Their Ocean-Continent Connection Zones: Evolution and Debates

The Indian Ocean and the West Pacific Ocean and their ocean-continent connection zones are the core area of "the Belt and Road". Scientific and in-depth recognition to the natural environment, disaster distribution, resources, energy potential of “the Belt and Road” development, is the cut-in point of the current Earth science community to serve urgent national needs. This paper mainly discusses the following key tectonic problems in the West Pacific and North Indian oceans and their ocean-continent connection zones (OCCZs): 1. modern marine geodynamic problems related to the two oceans. Based on the research and development needs to the two oceans and the ocean-continent transition zones, this item includes the following questions. (1) Plate origin, growth, death and evolution in the two oceans, for example, 1) The initial origin and process of the triangle Pacific Plate including causes and difference of the Galapagos and West Shatsky microplates; 2) spatial and temporal process, present status and trends of the plates within the Paleo- or Present-day Pacific Ocean to the evolution of the East Asian Continental Domain; 3) origin and evolution of the Indian Ocean and assembly and dispersal of supercontinents. (2) Latest research progress and problems of mid-oceanic ridges: 1) the ridge-hot spot interaction and ridge accretion, how to think about the relationship between vertical accretion behavior of thousands years or tens of thousands years and lateral spreading of millions years at 0 Ma mid-oceanic ridges; 2) the difference of formation mechanisms between the back-arc basin extension and the normal mid-oceanic ridge spreading; 3) the differentials between ultra-slow dian Ocean and the rapid Pacific spreading, whether there are active and passive spreading, and a push force in the mid-oceanic ridge; 4) mid-oceanic ridge jumping and termination: causes of the intra-oceanic plate reorganization, termination, and spatial jumps; 5) interaction of mantle plume and mid-oceanic ridge. (3) On the intra-oceanic subduction and tectonics: 1) the origin of intra-oceanic arc and subduction, ridge subduction and slab window on continental margins, transform faults and transform-type continental margin; 2) causes of the large igneous provinces, oceanic plateaus and seamount chains. (4) The oceanic core complex and rheology of oceanic crust in the Indian Ocean. (5) Advances on the driving force within oceanic plates, including mantle convection, negative buoyancy, trench suction and mid-oceanic ridge push, is reviewed and discussed. 2. The ocean-continent connection zones near the two oceans, including: (1) Property of continental margin basement: the crusts of the Okinawa Trough, the Okhotsk Sea, and east of New Zealand are the continental crusts or oceanic crusts, and origin of micro-continent within the oceans; (2) the ocean-continent transition and coupling process, revealing from the comparison of the major events between the West Pacific Ocean seamount chains and the continental margins, mantle exhumation and the ocean-continent transition zones, causes of transform fault within back-arc basin, formation and subduction of transform-type continental margin; (3) strike-slip faulting between the West Pacific Ocean and the East Asian Continent and its temporal and spatial range and scale; (4) connection between deep and surface processes within the two ocean and their connection zones, namely the assembly among the Eurasian, Pacific and India-Australia plates and the related effect from the deep mantle, lithosphere, to crust and surface Earth system, and some related issues within the connection zones of the two oceans under the super-convergent background. 3. On the relationship, especially their present relations and evolutionary trends, between the Paleo- or Present-day Pacific plates and the Tethyan Belt, the Eurasian Plate or the plates within the Indian Ocean. At last, this paper makes a perspective of the related marine geology, ocean-continent connection zone and in-depth geology for the two oceans and one zone.