南海大气低层风场的气候特征分析

分析１９８０－１９８７年欧洲中长期预报中心（ＥＣＭＷＦ）每日风场、温度场格点资料及同期南海区域测站和船舶资料，讨论南海低层风场的气候特征。南海为典型的季风活动区，冬季盛行东北季风，夏季盛行西南季风。流场的季节转换表现为季风系统的交替，相应不同的季风系统，南北温度梯度有一逆转过程，南海北部是温度梯度大且发生明显逆转的海区。１２°Ｎ以南海区气温全年变化极小，整个海区大气温度的季节变化不如流场变化快和显著。     

华北地区夏季降雨量与南海海温长期变化的关系

比较了华北地区7个站与17个站1951-1997年夏季（6，7，8月）降雨量与气候随时间的变化特征，并对其成因作了探讨。结果表明，用北京、天津、邢台、烟台、郑州、太原和济南等7个站可代表该地区夏季降雨量与气候的多尺度变化特征，过去47a该地区依次经历了湿凉、湿热、湿凉、干热、湿热几个时期，降雨量的长期变化与南海前冬（1-2月）海温成负相关。前冬南海海温偏高，意味着初夏南海地区大气对流低频振动偏弱，南海夏季风爆发较晚，西南季风较弱，夏季西太平洋副高位置偏南，华北地区大气低层北风加强，华北地区夏季少雨，前冬南海海温偏低时情况则相反，考虑冬季（1-2月）南海南温和7-8月西太平洋副高脊线位置（纬度）的影响用均生函数建模，试验结果与用子波变换重构方法考虑华北地区夏季降雨量的变化趋势比较，二者相吻合，预测试验结果与过去3a的实况基本一致。     

南海季风区地域性大气环流的结构

作者使用 NCEP/ NCAR再分析资料 ,在热带 30°S～ 30°N纬带用谐波分析方法分离出超长波之后 ,再采用环流诊断方法 ,发现南海季风区存在地域性环流系统。文中给出冬、夏季风期该系统的三维空间结构和相应的热源分布 ,讨论了该地域性环流系统对南海季风气候及其异常的作用 ,并探讨夏季风爆发北部先于南部的一种可能的气候原因。     

1998年春夏南海温盐结构及其变化特征

利用1998年5～8月“南海季风试验”期间“科学1”号和“实验3”号科学考察船两个航次CTD资料,分析了1998年南海夏季风暴发前后南海主要断面的温盐结构及其变化特征.观测发现,南海腹地基本被典型的南海水团所控制,但在南海东北部尤其是吕宋海峡附近,表层和次表层水明显受到西太平洋水的影响.季风暴发以后,南海北部表面温度有显著升高,升幅由西向东递减,而南海中部和南部表面温度基本没变,这使得南海北部东西向温度梯度和整个海盆南北向温度梯度均减小.北部断面表层盐度普遍由34以上降低到34以下,混合层均有所发展,是季风暴发后降水和风力加剧的结果.观测期间黑潮水跨越吕宋海峡的迹象明显但变化剧烈.4～5月,黑潮次表层水除在吕宋海峡中北部出现外,在吕宋岛以西亦有发现,表明有部分黑潮水从吕宋海峡南端沿岸向西进而向南进入南海.6～7月,次表层高盐核在吕宋海峡中北部有极大发展,但在吕宋岛以西却明显萎缩;虽然看上去黑潮水以更强的流速进、出南海,但对南海腹地动力热力结构的影响未必更大.一个超过34.55的表层高盐水体于巴拉望附近被发现,似与通过巴拉望两侧水道入侵南海的西太平洋水有关.     

Characteristics of Clay Minerals in the Northern South China Sea and Its Implications for Evolution of East Asian Monsoon since Miocene

Clay mineral assemblages, crystallinity, chemistry, and micromorphology of clay particles in sediments from ODP Site 1146 in the northern South China Sea (SCS) were analyzed, and used to trace sediment sources and obtain proxy records of the past changes in the East Asian monsoon climate since the Miocene, based on a multi-approach, including X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy combined with energy dispersive X-ray spectrometry (SEM-EDS). Clay minerals consist mainly of illite and smectite, with associated chlorite and kaolinite. The illite at ODP Site 1146 has very well-to-well crystallinity, and smectite has moderate-to-poor crystallinity. In SEM the smectite particles at ODP Site 1146 often appear cauliflower-like, a typical micromorphology of volcanic smecites. The smectite at ODP Site 1146 is relatively rich in Si element, but poor in Fe, very similar to the smectite from the West Philippine Sea. In contrast, the chemical composition of illite at ODP Site 1146 has no obvious differences from those of the Loess plateau, Yellow River, Yangtze River, and Pearl River. A further study on sediment source indicates that smectite originates mainly from Luzon, kaolinite from the Pearl River, and illite and chlorite from the Pearl River, Taiwan and/or the Yangtze River. The clay mineral assemblages at ODP Site 1146 were not only controlled by continental eathering regimes surrounding the SCS, but also by the changing strength of the transport processes. The ratios of (illite+chlorite)/smectite at ODP Site 1146 were adopted as proxies for the East Asian monsoon evolution. Relatively higher ratios reflect strongly intensified winter monsoon relative to summer monsoon, in contrast, lower ratios indicate a strengthened summer monsoon relative to winter monsoon. The consistent variation of this clay proxy from those of Loess plateau, eolian deposition in the North Pacific, planktonic, benthic foraminifera, and black carbon in the SCS since 20 Ma shows that three profound shifts of the East Asian winter monsoon intensity, and aridity in the Asian inland and the intensity of winter monsoon relative to summer monsoon, occurred at about 15 Ma, 8 Ma, and the younger at about 3 Ma. The phased uplift of the Himalaya-Tibetan plateau may have played a significant role in strengthening the Asian monsoon at 15 Ma, 8 Ma, and 3 Ma.     

晚新生代亚洲干旱气候发展与全球变冷联系的风尘沉积证据

在干旱气候背景下常常有风尘物质的释放和传输,风尘沉积被认为是干旱环境变化良好的地质记录。在亚洲中部和中国北方,大面积的干旱区被沙漠戈壁覆盖,这些地区是粉尘物质的重要源地,释放的风尘物质影响局地和区域环境,并通过参与生物地球化学循环等影响更大空间尺度的气候变化。因此,亚洲中部干旱气候的形成和演化以及发展趋势一直受到重视。长期以来,关于晚新生代亚洲中部干旱气候发展的驱动机制至少有两种解释:一是青藏高原的隆升控制着亚洲中部的干旱化过程,随着高原的阶段性隆升亚洲干旱气候逐步增强;二是晚新生代全球变冷直接驱动着亚洲变干,全球变冷是主导因素。中国黄土高原及其周边地区堆积的黄土-红粘土序列是指示亚洲干旱化过程良好的地质记录,通过对新获得的风尘堆积记录的分析,发现在晚新生代中国风尘堆积的时空演化与全球变冷有较好的对应,全球变冷可以促使亚洲中部干旱气候发展并加强粉尘活动,而青藏高原隆升的幅度和时间还不清楚,进而认为是全球变冷而不是青藏高原隆升直接驱动亚洲内陆的阶段性变干。基于这些结果,我们认为以前关于青藏高原隆升影响全球气候的结论可能高估了青藏高原在地球环境演化中的作用,关于高原隆升直接驱动亚洲干旱化的结论还需要检验。     

大洋碳循环与气候演变的热带驱动

20世纪气候演变研究的最大突破,在于地球轨道变化驱动冰期旋回的米兰柯维奇理论。然而近年来学术界对热带过程和大气CO2浓度变化的研究进展,暴露了传统的轨道驱动理论存在着对低纬区和碳循环在全球气候系统中作用估计不足的严重缺陷。国家重点基础研究发展计划项目"大洋碳循环与气候演变的热带驱动"拟以南海与西太平洋暖池的深海记录为依据,进行全球性对比和跨越地球圈层的探索,通过观测分析结果与数值模拟的结合、地质记录与现代过程的结合,检验和论证大洋碳储库长周期变化机制的假说,对于不同时间尺度上低纬过程如何通过碳循环在全球气候环境演变中的作用,实现理论上的突破。同时简要介绍了该项目的目的、科学意义、关键科学问题及预期目标等。     

南海西部浮游有孔虫记录的MIS 3期表层海洋环境变化

对南海西部越南岸外上升流区17954-2站浮游有孔虫属种组合变化、浮游有孔虫氧同位素、AMS14C测年的分析以及浮游有孔虫表层海水温度、温跃层转换函数的研究结果表明:在MIS3期,南海西部表层海水温度大体呈现暖-冷-暖的变化趋势;温跃层深度由浅到深阶段性变化;短时间尺度上温度与温跃层发生幅度较大的快速变化。暖事件（IS）对应于浮游有孔虫暖水种、混合层属种含量的增加,冷水种、温跃层属种含量的减少以及冬夏SST的升高;冷事件则与之相反。表层海水生产力亦大致呈现3个阶段（61～51ka,51～42ka和42～32ka）的变化,在千年尺度的快速气候事件中,暖事件对应浮游有孔虫生产力属种含量降低,冷事件对应升高。此外,在MIS3内部分暖事件（IS6和IS11～13）表现出表层海水温度降低,温跃层深度变浅和表层海水生产力升高的状况,表明该区此时上升流的存在,其形成原因推测是由于东亚夏季风加强的结果。     

末次盛冰期东亚气候的成因检测

在国际古气候模拟比较计划设置的标准试验方案下,首先利用中国科学院大气物理研究所的全球大气环流模式（IAP-AGCM）模拟了末次盛冰期东亚气候状况,然后通过4组数值敏感性试验逐一模拟了大气CO₂浓度、海洋表面温度（SST）和海冰、陆地冰盖和地形、东亚植被变化4项强迫因子的单独气候效应,进而对末次盛冰期东亚气候的成因进行了检测。结果表明,末次盛冰期除华南局部略有升温外,中国年均地表气温显著降低,降温幅度总体上向北增大,青藏高原处存在一个降温中心。其中,SST和海冰变化是华南局部略偏暖的主因,它同时导致了东亚其他区域地表气温的显著降低,特别是在东北亚地区;陆地冰盖和地形变化对于东亚地表气温的显著冷却作用主要体现在东亚的西北部;大气CO₂浓度降低会引起东亚地区0.2～0.9℃的普遍降温;相对而言,东亚植被的降温作用（0.5～1.0℃）主要显现在中国40°N以南的区域。与此同时,SST和海冰变化能引起中国东部年均降水一定程度的减少,而大气CO₂浓度、陆地冰盖和地形、东亚植被单独变化均不会显著影响东亚年均降水的分布状况,然而,上述四项因子的共同变化会通过协同作用引起中国东部年均降水的显著减少,西部地区降水则与现在差别不大。此外,末次盛冰期东亚夏季风的显著减弱源于SST和海冰变化,冬季风变化则可归因于SST和海冰、陆地冰盖和地形的变化。     

中更新世气候转型期南海北部和南部的气候变化差异

选取大洋钻探ODP184航次在南海北部采集的1144站为研究材料,通过分析中更新世0.4～1.4Ma期间506个样品中浮游有孔虫氧、碳稳定同位素的变化特征,并与南海南部ODP 1143站和西太平洋暖池ODP 807站的同位素资料进行比较,发现南海北部的氧、碳稳定同位素及其差值的变化响应中更新世气候转型事件,在中更新世距今约0.9Ma之后100ka的偏心率周期明显增强。在中更新世气候转型之前,南海北部、南海南部和赤道西太平洋都呈现出典型的热带气候特征,具有岁差和半岁差的气候周期;转型之后,随着北半球冰盖的进一步扩张,南海北部受东亚冬季风增强的影响而导致温度下降、温跃层变深,但南海南部与赤道西太平洋的温度变化较小且温跃层变浅,说明同属季风区的南海北部和南部对气候变化的响应有所不同。