西北太平洋黑潮延伸体观测回顾和展望

西北太平洋黑潮延伸体是全球海洋动力过程最复杂、对全球气候变化最敏感和全球海洋渔业产量最大的区域之一,然而,目前对该海区物理、生态及生地化循环等过程的认识仍受限于长期连续海洋观测资料的缺乏。本文回顾了国际上针对黑潮延伸体海区的相关观测情况和取得的主要进展,介绍了近年来我国在该区域观测系统的构建工作及取得的初步成果,包括构建了全球首个西北太平洋黑潮延伸体定点观测系统;发现黑潮延伸体海区海洋涡旋的平流效应对该海区模态水的总潜沉率贡献超过一半,所携带当地的模态水只需要一年半的时间就可到达海盆的西边界;基于潜标首次展示了黑潮延伸体区域3种不同类型次温跃层涡旋流速的直接观测结果,为开展其生成消亡机制及其全球次表层物质能量输运提供了重要的现场观测基础。最后,本文展望了今后观测系统的发展方向,即在跨圈层和多学科交叉方面发展成为我国在西北太平洋重要的深远海综合观测网络。这将为揭示多尺度物理-生物过程耦合、深海能量串级及其气候效应与深海碳循环等领域实现突破提供重要的观测支撑。     

海洋涡旋在模态水形成与输运中的作用

模态水在全球气候变化中有着重要作用.但是由于缺乏海洋次表层的高分辨率观测,对空间尺度为百公里的海洋中尺度涡旋如何影响空间尺度大于千公里的模态水的认识仍然欠缺.为了解决这一科学难题,在科技部的支持下,实施了一次成功的海上观测试验.系统梳理了基于该观测数据所发表的有关涡旋影响模态水潜沉和输运的主要研究成果:①捕捉并揭示了中尺度涡导致混合层水潜沉的过程和动力机制;②发现了中尺度涡携带模态水迁移的新路径;③阐明了模态水多核结构的形成机制.研究结果揭示了黑潮延伸体海域中尺度涡旋影响大尺度模态水的物理本质,为该海域多时空尺度海洋—大气相互作用作出了一定的贡献.通过对该次观测试验结果的分析和总结,得到了如下新的科学推论:海洋次中尺度过程对模态水的形成和耗散也具有重要影响.     

青藏高原达索普冰川浅孔冰芯中δ^18O值对大尺度海—气相互作用的响应

青藏高原达索普冰川浅孔冰芯中δ＾１８Ｏ值与大尺度海表面温度（ＳＳＴ）之间存在显著的相关关系,显著相关工主要分布在海洋的洋流区,不同海区ＳＳＴ通过对大气环流的作用影响 川的陈水和水汽来源,当大气环流呈出现有利于海洋水汽向青藏高原南部冰川输送的形势时,冰芯中δ＾１Ｏ值减小,当大气环流呈出现不利于海洋水汽却有利于内际水汽向青藏高原南部冰川输送的形势时,冰贳 中δ＾１８Ｏ值增大,相关分析表明,在诸多影响δ     

大气对海洋中尺度涡响应的研究进展

海洋中尺度涡广泛分布于全球海洋且能对大气造成显著影响。在全面陈述大气边界层和局地环流对中尺度涡响应的基础上,论述了与其相应的物理机制,并系统介绍了有关中尺度涡对天气系统影响的最新研究进展。(1)中尺度涡引起的海表温度异常通过改变湍流热通量来引起洋面风速、散度以及云量和降水的异常,并在垂直方向上产生异常的次级环流。并且,大气对中尺度涡的响应有明显的区域和季节差异。(2)在南海、黑潮延伸区和南大洋,中尺度涡可分别通过改变海表面气压或大气边界层稳定度来影响其上的洋面风速。通过分析大气异常中心与中尺度涡的位相关系并配合动力诊断可区分这2种机制。(3)中尺度涡能改变大气中的能量转换从而影响风暴路径和急流位置,并能通过遥相关影响下游地区的天气型。此外,中尺度涡所造成的海洋上层温度变化还将对热带气旋的增强和维持起重要作用。     

研究发现:海脊影响暖洋流系统

水下海脊能够限制并影响大洋底部密度大的冷水流。如果没有海脊,深层海水可以自由流动,并加速海洋环流和海洋表面的暖洋流。海洋表面的暖水使得海冰的形成比较困难。没有海冰反射阳光,表面的水会吸收更多的阳光,进一步变暖。美国地质调查局的科学家们回顾了300万年到中上新世暖期的海水温度变化,研究了北大西洋的格陵兰—苏格兰海岭对表面水温的影响。美国地质调查局的科学家Marci Robinson指出:中上新世暖期的北大     

新生代以来中国自然地带的变迁

中国地壳活动从白至纪末到第三纪初是相当平稳的, 大部分地面进行准平原化作用。暖海环绕大陆, 其中含暖水动物群, 北极无冰盖, 暖流畅通。我国气候暖湿, 早期大气环流形势属于行星风系统。地带性差别不太明显。地面广泛分布着风化壳。     

中国西北地区水汽的平流输送和辐合输送

分析了中国西北地区上空的水汽汇聚过程———平流输送与辐合输送,为西北地区降水过程数值模拟的参数化提供依据.分析表明:中国西北大部分地区为负的水汽平流输送,从上风方向得到的水汽输入小于水汽输出,是水汽的净流失区;中国西北地区中部为大范围负的水汽辐合输送,当地的水汽由风场向外扩散,加剧了当地的水分流失,是水汽扩散区;在水汽净输送的年际变化中,中国西北地区小于华北地区,平流输送呈上升趋势,辐合输送下降,平流的相对贡献在增加;在与大气环流系统的关系中,中国西北地区水汽的平流输送主要受西风带影响,辐合输送与南亚夏季风有显著相关.变化趋势表明西风的作用在加强.     

北太平洋副热带环流变异及其对我国近海动力环境的影响

我国东部陆架海和南海是国防安全的重要门户;位处第二岛链以西的副热带北太平洋既是各国争夺的重要海区,又是我国从近海走向大洋的重要通道.围绕"北太平洋副热带环流变异如何通过黑潮与我国近海动力环境之间相互作用"这一国际前沿科学问题,国家重点基础研究发展计划项目"北太平洋副热带环流变异及其对我国近海动力环境的影响"于2007年9月正式立项.该项目不仅有助于拓展和丰富海洋动力学理论,揭示我国近海及邻近大洋动力环境变异机制,提高预测能力,而且也将为维护我国国防安全和海洋权益,为可持续开发利用海洋资源提供海洋动力环境保障.该项目主要研究内容包括:①北太平洋副热带环流变异和调整机理;②黑潮与我国近海的能量与水体交换过程及机制;③北太平洋副热带环流变异与大气驱动力的耦合效应;④我国近海及邻近大洋动力环境变异的可预测性研究.拟解决的关键科学问题为:北太平洋副热带内区环流变异的机理及其对黑潮的影响;黑潮源头变异机理及其对吕宋海峡水交换的影响和黑潮变异机理及其对东部陆架海域动力环境的影响.     

超强台风Saomai(0608)加强成因分析及 海温影响的数值试验研究*

以严重影响我国的2006年8号超强台风Saomai为研究对象,首先从大尺度环流特征和物理量场对其登陆前强度不断加强成因作诊断分析,指出台风加强与副高的加强和南落、低空持续加强的水汽输送、高空流出气流的强辐散、台风移向垂直切变小值区和暖洋面密切相关。然后,利用中尺度数值模式MM5分析了海温高低对台风强度变化的影响,试验结果表明台风强度对海温十分敏感,海温改变可以引起台风强度的迅速变化,海温降低2℃将使台风最终减弱19hPa。边界层通量的分析表明,海温变化对台风强度的影响中潜热通量的作用是主要的,而感热输送的作用较小。就海温变化是否引起诸多台风强度影响因子分析发现,高海温使台风区域低空气旋式环流和高层辐散流出加强,导致低空更多的水汽向该区辐合,暖海面上空潮湿空气的辐合上升释放大量的凝结潜热为台风的发展加强提供了更多的水汽和能量。对比试验还表明,正位涡向下输送预示着台风将快速加强。另外,本次试验中海温变化对台风移动路径影响不明显, 因而对环境风的垂直切变影响较小。     

巴伦支-喀拉海海温和青藏高原冬季地表气温的年代际联系

基于1961—2017年中国气象局地表气温数据、JRA-55大气再分析数据以及美国国家海洋和大气管理局延伸重建的海温资料,研究了青藏高原冬季地表气温的年代际变化特征及其与海温的可能联系。结果表明：巴伦支-喀拉海冬季海温年代际变化可以激发出向东传播的Rossby波,在西伯利亚对流层高层产生异常的气旋或反气旋性环流,通过影响副极地以及副热带西风急流强度,在青藏高原的南侧产生异常的反气旋或气旋性环流,从而使得青藏高原上空的垂直运动发生变化,导致青藏高原冬季地表气温异常。     

黑河流域水汽输送及收支的时空结构分析

利用NCEP/NCAR再分析气候资料和气象站地面观测资料,分析了黑河流域水汽输送及收支的时空结构变化.结果表明:在水汽输送的年变化中,6-9月为高输送时段,中层700～500 hPa为强输送层,大气水汽含量的年变化是主要影响因子;在水汽输送的年际变化中,1960年代中期和1970年代后期有两次较明显的转折,总体呈下降的长期变化趋势,水汽输送仍以中层输送为主,风速的年际变化是主要影响因子,大气水汽含量下降则提供了长期变化趋势背景.水汽输送的空间结构主要受气流分布的影响,多年平均6-9月的状况为:在低层为南北辐合状,中层为西风辐合状,高层为平直北西风辐散状.水汽净收入以低层为主,占整层水汽净收入的85%以上.在黑河主流区2°×5°的范围内,大气水汽输入为2 484×108m3,输出为2 196×108m3,水汽净收入为288×108m3.     

大气沉降对海洋初级生产过程与氮循环的影响研究进展

大气沉降通过为海洋提供外源性氮、磷和铁等微量元素,可显著影响海洋氮、碳循环过程,并产生气候效应。一方面促进海洋初级生产和生物固氮,增强海洋吸收二氧化碳的能力;另一方面影响海洋氮、碳循环路径,增加海洋生物源气溶胶排放量,间接影响气候变化。由于大气沉降对海洋生态系统及气候变化的重要影响,相关科学问题已成为海洋科学与大气科学交叉研究的热点,被多个国际研究计划列为核心研究内容。在大气污染物排放持续增加与沙尘事件频发的背景下,大气沉降对我国东部陆架海(黄海、东海)及其邻近西北太平洋碳、氮循环过程的影响日趋增强,因此该海区已成为大气沉降及其气候影响研究的代表性海域。结合分子生物学和实验生态学手段理解大气沉降影响下的海洋初级生产过程,利用同位素示踪技术研究大气沉降对海洋氮循环的影响,以及获得大气沉降影响下海洋生物源气溶胶排放的观测证据将是未来研究的重点方向。     

东海与黑潮海水中宇宙射线成因核素10Be的研究

讨论了中日东海MASFLEX合作计划中调查的东海及冲绳海槽海水中溶解态10Be浓度水平及垂直剖面的结果，在这个海区，影响10Be浓度的因素主要有生物生产力，悬浮颗粒物的再溶解，以及长江水与黑潮水的混合程度。在样品采集期间（夏季和秋季），东海水柱呈分层状态，通常10Be的垂直剖面可以分成三层，即表面混合层，10Be释放层和底层，表层水10Be的浓度众长江口到黑潮逐渐增大，在黑潮的边缘则剧烈增大，10Be的垂直分布表明，在夏季10Be富集在长江口附近和大陆架中部的底层水中，这两个富集海区是分开的，很可能是由大陆沿岸水所隔开，在秋季，10Be在底层水中的富集仅仅出现在东海大陆架的西部，这个现象是和受季风影响的东海海流的变化相一致的，黑潮分支在台湾东北外海向东海南部侵入对10Be的影响要比黑潮主干流本身更加重要显著，由箱式模型所得到的10Be质量平衡计算结果表明，来自黑潮的10Be输入要比长江及大气沉降的输入更为重要，输入东海的10Be大约81％进入到沉积物中，而19％的10Be则通过海流和水交换流出东海，在东海的10Be沉积通量是10Be全球平均大气生产率的5倍左右，因而东海是10Be的一个重要汇集地。     

长江三角洲区域性暴雨的统计诊断分析

利用1954年～1983年5月～8月气象资料,统计了影响长江三角洲地区的区域性暴雨类型。分析了1962年14号强台风的路径、暴雨落区以及产生暴雨的气象条件。诊断结果表明,有利大气环流形势、台风倒槽辐合线、低空东南急流、上升运动和强大的水汽通量与通量辐合是产生"6214"台风大暴雨的重要条件。     

1948-2009年塔里木盆地空中水汽输送时空分布特征

利用1948-2009年美国NCEP/NCAR的逐月再分析资料(2.5°×2.5°),分析了塔里木地区大气中不同层次水平和垂直方向的水汽输入、输出和收支情况及其变化趋势.结果表明:1)塔里木盆地上空水平方向为水汽汇,且纬向贡献大于经向,垂直方向水汽主要由下层向中上层输送;2)水汽的水平和垂直净收支均具有季节性变化,且夏季辐合为主,冬季辐散为主;3)水汽的水平和垂直输送都表现为较一致的年际变化,且均在1970年代中后期出现了较明显的年代际突变;4)在1978年到2003年全球变暖明显的时段内,水平方向水汽净输入量呈减少趋势,垂直方向呈增加趋势.可以认为,在气候变化背景下,全球变暖加速了水循环,但同时改变了纬向的热力差异,导致塔里木盆地局地水循环的加速,以及经向水汽净输入量的减少.     

中全新世以来南极宇航员海的古生产力演变

本文通过对南极宇航员海ANT36-C4-05岩心的放射性核素²¹⁰Pb、AMS¹⁴C测年、XRF岩心扫描、多参数物性扫描和主、微量元素的测试分析,重建了该海区中全新世(6 500 Cal a BP)以来的古生产力演变及其制约因素。研究结果表明,中全新世以来宇航员海古生产力波动较强,其演变趋势与南极气温变化基本一致,受海冰范围变化制约较大。在6 500~5 200 Cal a BP期间宇航员海古生产力随着温度升高和海冰范围减小而快速上升;在5 200~3 350 Cal a BP期间宇航员海的古生产力处于高值期,波动较小;在3 350~2 000 Cal a BP期间随着温度降低和海冰范围的扩大,硅质、钙质生产力下降;在2 000~0 Cal a BP期间古生产力水平变化复杂,变化程度相较于之前小。同时,中全新世以来宇航员海区沉积记录较好地反映了5 500 Cal a BP冷事件、DACP冷事件、MWP暖期和LIA冷事件的气候变化,受冷、暖事件影响导致的古生产力的变化最为明显。     

南海海洋环流研究综述

综述了近二十年来南海海洋环流的主要研究成果,指出太阳辐射、季风和地形是影响南海环流的主要因素;提出了南海环流研究中应特别注意的几个关键问题,即南海环流的平均状态、南海暖流、南海中的局地涡旋、南海暖池、黑潮与南海水的交换、地形对南海环流的作用以及南海水温变化与ENSO的关系等;最后就目前研究中存在的困难提出了相应的对策。     

中纬度海气相互作用研究进展

回顾了中纬度海气相互作用的研究现状,分析了长期以来该项研究进展缓慢的原因和近十几年来的研究成果,结果指出:中纬度海洋在全球气候变化中有着重要的作用;冬季中纬度海气相互作用的强信号是冷空气强度;中纬度海洋强暖流区海气能量交换异常对同期和后期(半年至一年)北半球范围内的大气环流型有重要影响;当冬季黑潮和湾流海域海洋对大气同时异常多或异常少加热时,易形成夏季长江中下游偏旱或偏涝的环流形势。最后还提出,深入研究中纬度海气能量系统异常对大气环流影响及其物理机制,是今后海气相互作用研究的重要内容,其结果将为短期气候预测提供理论依据。     

大气CO_2逐渐增加引起的半球间气候变化的不对称性

对应于大气中CO_2增加的海气耦合模式的瞬时响应一直是若干研究项目的主题。这些研究项目中使用的模式考虑了海流热运移的影响,与汉森等使用的模式不同。这里我们运用美国国家海洋大气局(NOAA)地球物理流体力学实验室最新提出的耦合模式评估了大气CO_2的增加对气候的影响。该响应模式显示出一个明显的和预想不到的半球间气候变化的不对称性。南半球的环极海洋是一深铅直混合区,表面气温增加很慢,在模式中北半球地面空气热得较快且随纬度增加而增加。但北大西洋北部则例外,那里表面空气增温较慢,因为温盐环流减弱了这种趋势。     

西风带与季风对中国西北地区的水汽输送

利用美国国家环境保护委员会/国家大气研究中心(NCEP/NCAR)再分析气候资料,分析了西风带与季风对我国西北地区水汽输送的作用。分析表明,大气水汽输送在西北地区的3个分区特征非常明显:高原切变线以南,主要是来自西南季风的水汽输送;高原切变线以北,主要是来自西风带的水汽输送;高原切变线向东北方向的延长部位是一鞍型区,为西风带与西南季风的共同影响区。青藏高原东部的西南季风气流有绕行和向北翻越青藏高原的水汽输送;而在青藏高原中西部地区,主要是由青藏高原周边向主体的水汽输送,没有明显的翻越青藏高原的水汽输送。在青藏高原以北的大部分地区以对流层中层的水汽输送为主;在青藏高原南部以低层水汽输送为主。在青藏高原以北的大部分地区,水汽输送为辐散,即输入的水汽又被扩散出去了;在青藏高原主体和我国西北地区东部为水汽输送的辐合区。西风带的水汽输送为我国西北大部分地区提供了基本的水汽来源,西风变化对其水汽输送通量散度年际变化有直接的作用;南亚夏季风通过西南季风气流水汽输送直接影响我国西北地区南部和东部,并且,其变化通过环流结构调整影响西风带的波动,进而影响西风带对西北地区的水汽输送。