全球变化背景下暖水珊瑚礁生态系统的适应性与修复研究

暖水珊瑚礁生态系统是热带海域最具生物多样性和代表性的生态系统之一。本研究分析了全球变化背景下暖水珊瑚礁生态系统的变化和风险,开展了受损暖水珊瑚礁生态系统退化和消失的致灾因子归因分析,综述了暖水珊瑚礁生态系统的适应性与修复技术研究。分析表明:①过去几十年来,暖水珊瑚礁生态系统快速退化,包括大面积白化和死亡、多样性明显减少和生态功能显著衰退,主要归因于海洋升温与人类活动等致灾因子的影响;②在温室气体高排放浓度情景下(RCP 8.5),相比工业革命前,到本世纪中叶,南海升温将可能远超过2℃,这表明南海暖水珊瑚礁生态系统正在逼近其气候临界点,即全球升温高于2℃时,90%~99%以上的暖水珊瑚将消失;③1980年代以来,海洋升温、海洋热浪和强热带气旋等海洋气候变化致灾因子对南海暖水珊瑚的危害性(影响的强度、范围和时间)明显增加,对暖水珊瑚礁生态系统产生了严重的影响;与此同时,近岸海域的过度或破坏性捕捞、采挖和潜水等人类活动,对暖水珊瑚造成了严重损害,增加了暖水珊瑚的气候脆弱性,而这种人类活动既是局部的,也是全球性的现象,使得暖水珊瑚更难以适应全球变暖的影响。分析还表明,为了增强暖水珊瑚适应气候与环境变化的恢复力(韧性),人们开展了诸多受损珊瑚礁生态系统的适应性与修复研究,但主要是采用无性繁殖或结合人工基质的修复方式,而应用有性繁殖技术恢复受损珊瑚礁的方式仍较少;最近,暖水珊瑚耐热的基因适应性研究取得了重要进展,为暖水珊瑚适应全球变暖提供了一种新的途径。本研究最后探讨了中国受损珊瑚礁生态系统的修复问题与对策。     

中国近海海表温度对气候变暖及暂缓的显著响应

基于多套全球海温再分析数据和2种线性趋势分析方法,评估了1958-2014年中国近海海表温度（SST）的变化及其对全球气候变化的响应特征,并与全球平均地表温度特别是与若干重要海区的SST做了比较。研究表明：在全球变暖的显著加速期（1980年代和1990年代）,中国近海区域年平均SST表现出更快速的升温特征,其速率达0.60℃/10a,是同期全球平均升温速率的5倍以上;在变暖暂缓期（1998-2014年）,中国近海SST出现显著的下降趋势。研究还表明,中国近海区域SST的年代际变化与太平洋年代际涛动（PDO）的位相转换一致,前者SST的快速上升（下降）期与PDO正（负）位相最大值的时期相对应,PDO可能是通过东亚季风和黑潮影响中国近海SST的年代际变化。     

热带太平洋El Ni?o Modoki对中国近海及邻近海域海温的可能影响

1970年代末以后,热带太平洋海区出现了一种类似El Ni?o但又与其有本质区别的现象:El Ni?o Modoki,与其相关的各种海洋大气异常变化给全球气候带来了独特的影响。利用HadISST海温和NCEP/NCAR风场等再分析资料以及相关、回归和合成等统计方法,分析了El Ni?o Modoki与当年各季的中国近海及邻近海域海表温度（SST）的关系。结果表明:（1） 夏季El Ni?o Modoki与同年秋季中国近海及邻近海域的SST有显著的负相关关系,显著相关区域主要分布于黑潮以东的大片海域。（2） 夏季El Ni?o Modoki发生期间,菲律宾北部至中国近海及邻近海域的上空盛行异常偏北风,且热带西太平洋表层暖水东流,这不利于热带西太平洋暖水向中纬度地区的输送。分析结果还表明,海洋环境对风场有滞后的响应以及黑潮向北输送有减弱的现象,而这可能正是夏季El Ni?o Modoki影响秋季中国近海及邻近海域海温偏冷的重要原因。      

中国东部夏季降水年际变化与同期东海潜热通量的关系

利用1985~2008年OAflux3、NCEP＼NCAR再分析资料与中国大陆东部108个站点的降水资料,应用回归和合成方法,分析了中国东部夏季降水的年际变化与同期东海及邻近海域潜热通量变异的关系。结果表明:东海及邻近海域(以下称东海)夏季潜热通量年际变化显著的区域位于东海区域,为与同期中国东部降水密切相关的关键区域。当东海的潜热通量偏高(低)时,中国东部长江以南地区上空盛行偏东北(西南)风异常,这将不(有)利于水汽由南向北的输送,从而可能使到达长江中下游流域及以北地区的水汽偏少(多);并且,长江中、下游流域为下沉(上升)气流和低层水汽辐散(辐合)正异常,对应降水偏少(偏多);华南地区为上升(下沉)气流和低层水汽辐合(辐散)正异常,对应降水偏多(偏少)。分析结果还表明,东海的潜热通量可通过影响东亚大气环流而成为引起中国东部夏季汛期降水年际异常的重要原因之一。     

兴化湾海域石油类污染状况与控制对策

应用兴化湾海域枯、丰水期(2006年12月、2007年4月),大、小潮期的水质监测资料,分析了该海域水体中石油类的分布特征,并根据不同的海洋功能区的水质要求,选取第二、三类海水水质标准值为指标,采用单项指数法,评价了兴化湾海水中石油类的污染程度.结果表明,该海域石油类浓度范围为0.003~0.320 mg/L,高值区主要分布于江阴半岛西南侧.枯水期的石油类浓度远高于丰水期,其中,位于水质二类区的站位超标率分别为71.0%和17.0%,水质三类区中航道和锚地区站位的超标率分别为3.6%和0;总体超标率则分别为47.5%和11.0%;与历史资料的对比结果表明,兴化湾石油类浓度的变化幅度较大,可能与船舶突发性事件有关,并且浓度总体呈上升趋势.此外,还讨论了相应的污染控制对策措施.     

海平面加速上升对低海拔岛屿、沿海地区及社会的影响和风险

IPCC《气候变化中的海洋和冰冻圈特别报告》评估了气候变化对全球、区域海平面变化和极端海面（极值水位）升高的贡献,以及海平面上升对低海拔（小鱼10 m）岛屿、沿海地区和社会的影响及相关的风险。评估表明,全球变暖背景下,全球平均海平面上升的证据是确凿的,且明显加速（高信度),极端海面高度升高,主要是由陆地冰川和冰盖融化以及海洋热膨胀引起,且前者的贡献已大于后者（很高信度);与此同时,海洋变暖速率倍增,强热带气旋、风暴潮增多,极值水位重现期缩短;至21世纪末,全球海平面还将上升约0.43 m（温室气体低排放情景,RCP2.6）和0.84 m（高排放情景,RCP8.5）（中等信度）,很多沿海地区当前较少发生的百年一遇的极值水位将变为一年一遇或更频繁,而对于许多沿海低洼地而言,类似事件甚至在21世纪中叶就可能发生（高信度)。评估还表明,持续上升的海平面、趋于频发的极值水位,以及人为地面沉降等因素,增加了沿海社会-生态系统的暴露度和脆弱性;并且,与海平面上升有关的危害（险）性事件,如海岸侵蚀、洪灾、盐碱化和生境退化等将显著增加（高信度)。报告指出,如未采取充分的适应海平面上升的措施,在RCP8.5情景下,沿海大城市、城市环礁群岛、热带农业三角洲地区和北极沿岸社区将处于高或很高的灾害风险中（高信度)。     

南海海表温时空演变与南海夏季风爆发早晚相关性初探

利用我国近海1986-2008年间的海温再分析资料,分析了南海海温异常的时空变化,重点揭示了南海夏季风爆发前后(4-6月)南海表层海温异常的时空演变特征,并探讨了其与南海夏季风爆发早晚的相关关系。结果显示,南海夏季风爆发前后南海表层海温异常存在一个显著时空演变模态,4月南海全域海表温度异常几呈负位相态势,其中正值信号首先出现于巴拉望岛以西海域,随后逐步向西向北扩展,5月南海大部已被海表温异常正位相控制,6月南海表层海温异常完成负-正位相转换。分析表明,南海表层海温异常时空演变的年际差异与南海夏季风爆发的早晚存在显著相关。综合已有研究认为,南海海表温异常时空演变所形成的季节内尺度的热力差异(主要包含演进趋势、速度和幅度等)可能是影响南海夏季风爆发早晚的一个重要因子,据此建立了海表温温差异常指标,其对南海夏季风爆发早晚具有较好的反映能力。此外,南海海表温异常时空演变与南海暖池的变化紧密关联。相关分析还发现,南海夏季风爆发前期南海暖池与印度洋暖池的海表温差异常存在显著正相关关系,而与西太平洋暖池为负相关关系。南海海表温异常季节内演变在印-太暖池区海表热力格局及差异形成背景下或可通过影响大尺度经向和纬向环流而引发南海夏季风爆发早晚之年际异常。     

海洋的变化及其对生态系统和人类社会的影响、风险及应对

IPCC《气候变化中的海洋和冰冻圈特别报告》评估了全球和区域海洋的气候变化及其对生态系统和人类社会的影响、风险及应对措施。结果表明,近几十年来,海洋的物理和化学性质发生了明显变化,如升温、酸化、脱氧和营养盐减少等气候致灾因子（事件）的危害（险）性不断加剧（高信度）。这种变化正在影响从上层到底层的海洋生态系统和人类社会的可持续发展,如海洋初级生产力的下降、物种地理分布的变迁、渔业资源潜在渔获量的下降以及食品供应的减少（高信度）。在气候变化与非气候人为干扰因素的综合影响下,随着温室气体排放的增加（从RCP2.6到RCP8.5情景）,到21世纪末,几乎所有类型的海洋和海岸带生态系统将处于高或很高的风险水平（高信度);其中,暖水珊瑚礁生态系统尤其严重,如果全球升温1.5℃和2℃,将分别消失70%~90%和99%以上（很高信度）。然而,当前多种减缓气候变化的海洋应对措施的作用较小,有的可能带来生态危险,而许多降低气候风险的海洋适应措施的作用也很有限,特别是在RCP8.5情景下的作用更小;未来海洋生态系统的风险水平在RCP2.6情景下均低于RCP8.5情景（很高信度)。因此,这凸显了减缓气候变化尤其是减缓和适应气候变化综合治理的重要性。     

西太平洋热通量变化及其与中国夏季降水量异常的联系

利用EOF方法分析了1951～2008年间西太平洋湍动热通量的时空特征,并探讨了中国夏季降水异常与同期西太平洋潜热通量时空格局的联系.结果显示,西太平洋潜热和感热通量距平场具有较相似的空间分布以及显著的年际变化,但潜热通量的变化幅度较感热通量大;潜热通量距平场的空间变化存在明显季节差异.冬季潜热通量变化的显著区域位于黑潮流域,而夏季则见于西太平洋暖池区.冬、夏季潜热通量除了具有准4a振荡周期外,还存在着明显的线性增强的长期变化趋势.进一步分析表明,夏季西太平洋潜热通量变异主要存在着偶极型、同一型和三极子型模态,其时间系数分别具有显著的准4a、准2a和29a的周期变化,它们分别对应着不同的中国夏季降水量异常的分布,而大范围的潜热通量负异常则与中国江淮流域大部和华北北部地区的降水偏多相对应.这为中国降水量的异常及机理研究提供了必要基础.     

厦门湾浮游生物量和营养盐含量时空分布的数值模拟研究

初步构建了一个以浮游植物（P）、浮游动物（Z）和营养盐（N,包括无机氮和活性磷酸盐）为生态变量的NPZ简单生态模型,并通过与POM三维水动力模型的耦合,建立了三维浮游生态动力学模型,开展了厦门湾全海域三维浮游生态系统时空变化的模拟研究.结果显示,厦门海域浮游动植物有明显的季节变化,春、夏季生物量最高,秋、冬季较低,但不同的海区达到峰值的季节并不相同;活性磷酸盐含量冬季最高,春季最低,与浮游植物量值有较明显的反位相关系,表明厦门湾海域浮游植物的生长主要受活性磷酸盐含量限制.模拟结果符合历史观测特征,且模拟值与实测值量级比较吻合,因此所建立的三维浮游生态动力学模型可用于描述厦门湾海域浮游生态的时空变化特征.