ENSO发展期琼东上升流的动力过程响应差异

上升流是海洋中最重要的海洋现象之一,通过ROMS数值模型模拟并研究了2000—2013年间琼东上升流对ENSO信号(2002和2009年作为典型El Nio年; 2008和2010年作为典型La Nia年)的响应。结果表明,琼东上升流对ENSO气候事件有明显的响应。在El Nio信号较强时琼东上升流减弱,近岸海域水温升高;而在La Nia信号较强时琼东上升流加强,沿岸海域水温降低。对海面风场以及琼东海域沿岸流的分析表明,ENSO信号通过局地海面风场以及沿岸流对琼东上升流产生影响,并且风和沿岸流对琼东上升流的影响是协同的,在El Nio期间均不利于上升流的发展,而在La Nia期间二者的变化均有助于上升流的强化。     

琼东上升流和越南沿岸上升流对超强厄尔尼诺事件响应的对比分析

利用海表温度(SST)、海面高度(SSH)、风场、热通量等数据,比较分析琼东上升流和越南沿岸上升流对1998年和2016年两次超强厄尔尼诺事件的响应。结果发现,两个上升流对同一厄尔尼诺事件的响应以及同一上升流区对两次厄尔尼诺事件的响应均不同。1998年夏季,琼东海域风场异常利于上升流发展,上升流增强,越南沿岸风场异常不利于上升流发展,上升流减弱;2016年夏季,两个上升流区均为利于上升流的风场异常,但琼东沿岸冷水区却大幅缩小,SST明显升高,越南沿岸冷水区变化不大,但总体温度也升高。这表明,除风场外,琼东和越南沿岸上升流还受其他过程影响。海洋动力过程分析发现,同一时间同一上升流区的海表温度异常(SSTA)变化与海面高度异常(SSHA)变化最为一致。1998年夏季,琼东的负SSHA和越南以东的正SSHA均与风场异常作用一致,从而琼东上升流增强,越南沿岸上升流减弱。2016年夏季,琼东和越南以东均为正SSHA,抵消了利于上升流的风场异常,使得琼东和越南沿岸上升流减弱。同一时间不同海区相比,风应力旋度异常对琼东上升流SSTA影响更大,SSHA和沿岸风应力异常则对越南沿岸上升流影响更明显。海面高度异常表征的中尺度涡和风场异常(尤其是沿岸风应力异常和风应力旋度异常)是超强厄尔尼诺后沿岸上升流变化的重要影响因素。     

2006年夏季琼东、粤西沿岸上升流研究

利用2006年夏季广东、海南、广西近海的海洋水文调查资料和卫星遥感QuikSCAT风场资料分析琼东、粤西沿岸上升流的空间结构特征, 探讨风场、风应力旋度对上升流的影响以及上升流区水温、海流、海平面对上升流的响应。结果表明:琼东、粤西沿岸上升流区并非相互独立, 从10 m层以下已经连成一片。琼东沿岸上升流主要由夏季西南季风驱动而产生, 风应力旋度也有一定贡献。琼东沿岸上升流的强度比粤西强。琼东沿岸海域的上层海水(18 m以浅)以离岸运动为主, 中下层海水以向岸运动为主。上层的离岸流速大于中下层的向岸流速。琼东沿岸的上升流现象是间歇性的, 与沿岸风速强弱有关。琼东沿岸海域海平面的升降与上升流的强弱有良好的关系, 上升流的强弱滞后于海平面的升降约1～2 d。     

沿岸上升流的变异对渔业的危害

作者通过几年的调查,发现在粤东和琼东存在夏季风生的沿岸上升流。众所周知,上升流把富含营养盐的下层水带到海洋真光层中,给含营养的海洋上层“施肥”,大大提高了海洋的初级生产力,因此海洋上升流区,通常是著名的渔场。在普遍注意到上升流对渔场的好作用的同时,作者认为还不能忽视上升流的变异对渔业所带来的灾害。本文就这个问题谈一些看法。     

越南岸外夏季上升流区22万年来东亚季风的沉积与地球化学记录

对中德合作“太阳号”95航次的17954柱状样上部11．2m的沉积物样品进行了粒度与化学元素分析,获取了大约22万年来东亚季风在南海越南岸外上升流区演变的沉积与地球化学记录。结果显示,该站位沉积物颗粒较细,为典型的半深海型沉积,颗粒大小主要为2～8μm,几乎没有大于63μm的颗粒。不同粒径的沉积物含量及中值粒径大小呈现出明显的冰期一间冰期旋回：冰期时,中值粒径较大,介于8～63μm间的颗粒明显增多,指示了干而冷的冬季风加强;间冰期时,2～8μm的细颗粒为主要成分,反映冬季风减弱而夏季风加强。研究认为沉积物粒度的变化与冰期一间冰期旋回的海面变化有关。与生产力有关的Sr和Ba两个元素的含量总体在间冰期时增加,Ba／(Zr Rb)可以指示生产力变化,Sr／(Zr Rb)反映了碳酸盐含量变化。在间冰期Ba／(Zr Rb)值较高,显示了海洋生产力较高,指示了较强的夏季风。17954孔的Ba／(Zr Rb)呈现较强的2万年岁差周期变化,在氧同位素3期呈现最大值,指示了该时期夏季风特强。     

140kaBP以来南海西南部上升流影响区沉积记录及其古海洋环境变化

对南海西南部现代上升流区沉积物柱样BIS-187-61孔有机碳、生物蛋白石、碳酸盐等各沉积组分进行了详细的分析,试图探讨末次间冰期(MIS 5)以来南海西南部夏季上升流影响区沉积过程及其所反映的海洋环境变化过程。研究结果发现,140kaBP以来该孔沉积记录期总体表现为:碳酸盐百分含量冰期低间冰期高,主要受周边陆源物质输入稀释的控制,为典型的"大西洋型碳酸盐旋回",有机碳、生物蛋白石、碳酸钙以及陆源沉积物的堆积速率均在MIS 2期、MIS 4期和MIS 5e期出现高值。其中,MIS 2期和MIS 4期生源和陆源沉积堆积速率增加可能与冰期时冬季风增强及海平面下降导致陆源营养物质输入增加对初级生产力的刺激有关,也可能与陆源物质输入增加对海洋生源颗粒物输出的压载作用增强有关。而MIS 5e期南海海平面高度与现代相仿,间冰期较强的夏季风引起的越南沿岸上升流增强是导致该时段本研究区域表层初级生产力增强,沉积物总堆积速率及各组分堆积速率都相应增加的主要原因。     

琼东上升流的年际变化及长期变化趋势

全球变暖背景下沿岸上升流的年际变化是近年来的研究热点。本文基于1982—2012年的海表面温度和风场资料,分析了琼东上升流的强度和中心位置的年际变化规律以及沿岸风应力及其旋度的作用。结果显示,近30年来,琼东上升流强度总体减弱,相比于沿岸风应力,其变化与减弱的局地风应力旋度相关性更高;琼东上升流强中心位置最大概率发生在19.2°—19.3°N,与最大风应力旋度位置接近,且存在北移趋势。琼东上升流强度和位置的年际变化还存在周期约3年、5年和10年的本征模态,以3年周期变化为主。局地风应力旋度在琼东上升流的年际变化中发挥了重要作用。     

Baja California 边缘PC14 岩芯海水表层温度及生产力变化的百年尺度记录

加利福尼亚流是北太平洋环流的重要组成部分,它的变化对全球气候及碳循环有重要影响.对位于东北太平洋低纬区BajaCalifornia外海的PC14柱状样进行了有机地球化学分析,重建了过去14ka来这一地区百年尺度的海水表面温度及生产力变化,发现其存在明显的B/A(Bling-Aller)和YD(Younger Drays)事件,但B/A和YD事件温度变化幅度小于中纬度地区.与中纬度加利福尼亚流系早中全新世温度降低不同,PC14全新世温度无明显变化趋势.这些结果表明了东太平洋低纬地区对高纬地区的气候响应以及沿岸上升流和ENSO现象对加利福尼亚流系中纬和低纬地区的影响不同.从冰消期到全新世,PC14生产力呈现阶段上升趋势,指示了由E1 Nino气候向La Nifia气候的转化以及沿岸上升流加强的总体趋势.在全新世中后期(6.5-3.8ka)生产力的降低,则可能是受ENSO加强的影响.在B/A暖期,PC14生产力增加不多,但氧最小层强度增加,这表明生产力变化不是东太平洋边缘海的氧最小层强化的控制因素.     

英国生物海洋学家克森博士来海洋局二所讲学

英国洛沃托夫斯特(Lowetofst)渔业实验室生物海洋学家克森博士(Dr.D.H.Cushing)应邀于1983年3月21日至4月1日在国家海洋局二所讲学。克森博士是世界著名的海洋生态研究专家,以研究世界各洋区上升流生态而著称。他在二所的讲学内容,共分以下九个专题: ①海洋初级生产力测定的现代方法;②海洋次级生产力的研究方法;③海洋生产循环的时空变化;④海洋中营养盐对生产力的作用;⑤海洋中食物网及海洋生产力模式;⑥赤潮成因及其对生产力的影响;⑦上升流     

南海西北部沉积物捕获器中颗石藻通量和属种组成变化记录

本文利用沉积物捕获器回收的连续时间序列沉降颗粒物样品,研究了南海西北部海南岸外陆坡外缘海域颗石藻的通量和属种组成变化及其环境意义。研究发现,东亚夏季风引起的海南岸外上升流以及冬季风导致的混合层深度增加都会刺激该区域颗石藻的生长,其中夏季上升流的影响尤为显著。从颗石粒属种组成来看,Florisphaera profunda是南海西北部中深层(1 000m)水体中主要的颗石粒优势种,此外Emiliania huxleyi,Gephyrocapsa oceanica和Gephyrocaps ericsonii等属种含量也颇高。然而在将颗石粒折算成颗石球数量后,Emiliania huxleyi则成为主要优势种。沉积物捕获器中F.profunda的相对百分含量与颗石粒总通量呈显著的负相关,表明F.profunda的相对含量与总的颗石藻生产力有着密切联系。本结果对于利用沉积物中的颗石藻记录,尤其是F.profunda相对含量变化,恢复和重建古海洋环境尤其是古海洋生产力的研究提供了直接的理论证据。     

九州台古土壤S1记录的末次间冰期东亚夏季风变化

对沉积速率较高的黄土高原西部地区九州台剖面S1古土壤的夏季风代用指标———磁化率、碳酸钙含量、色度进行了测量。综合分析结果表明,MIS5e开始前,夏季风有一次衰退事件,末次盛间冰期早期夏季风强于晚期,而中期夏季风强度相对较弱,然而这种变化是较为和缓的,并没有表现出类似GRIP冰心氧同位素的大幅度、快速变化,表明MIS5e期间东亚夏季风是相对稳定的。来自海洋的研究表明,西太平洋洋面温度(SST)和洋面高度在MIS5e早期和晚期相对较高,中期相对较低,证实了西太平洋环境变化和东亚夏季风强度之间存在成因上的联系。与先前有关全新世东亚夏季风研究结果的对比表明,MIS5e和全新世东亚夏季风演化具有一定的相似性,可能反映了低纬海洋和高纬大陆之间能量和物质交换对太阳辐射响应的某种内在机制。     

夏季琼东上升流的高频变化特征研究*

以往对上升流的研究更多的是关注其年际或季节变化, 高时间分辨率遥感产品的出现使得研究上升流的高频特征成为可能。本文基于融合的逐日海表温度数据, 结合多尺度分割方法, 提出了一种探测上升流冷信号异质性的新算法, 通过上升流面积和强度指数展示了一个完整的琼东上升流过程。分析SST(Sea Surface Temperature)图像的结果表明, 夏季琼东涌升到海面的上升流存在间断期, 平均间隔为6d。每年夏季(6—9月)平均有98d在海表面识别到上升流, 其平均面积为7698km², 平均强度为1.0℃, 两者存在较高的相关性。琼东上升流发生频率与离岸距离成反比, 琼东北海域为高发区。不同上升流的影响因子可能不同, 离岸风、风应力旋度、热带气旋均与上升流短期变化密切相关。     

南海西南部海区近200ka来的动力环境与东亚古季风

包括南海在内的热带海洋是东亚夏季风的发源地,分析其动力环境特征的的演变历史,可提供东亚古季风活动的海洋证据。对取自该海区的NS93-5柱状样做了详细的粒度分析,结合氧内闰素地层结果、微体古生物观察统计和CaCO3测试资料,尝试采用高精度的粒度分析作为替代性指标,讨论近200ka以来的水动力及古生产力变化特征。结果认为,自末次盛冰期以来该海区的海洋动力环境发生了明显的变化,而在此之前则变化不显著,在倒数第2次冰期中由于夏季风作用致该局部区域上升流发育和海面温度偏高。古生产力变化规律一般是：在冰期较高,并呈稳定或上升趋势;在间冰期较低,出现下降现象。近200ka来的特殊情况出现于全新世早期,古生产力达到最高值。通过与黄土高原及其它地区的古季风环境对比,发现东亚古季风区内在全新世和末次盛冰期的遥相关较好,而在倒数第2次冰期中存在明显差别,说明在冬季风和夏季风的相互作用下,产生了特定时期内典型季风区的局部海洋区域性特征。     

浙江近海存在沿岸上升流的证据

一、引言海洋中的垂直环流过程——上升流是海水运动的特殊形式之一,也是整个海洋总环流中的一个重要环节。上升流能把海洋次表层(浅海区为近底层)冷而营养盐丰富的海水带到表层,从而对局部地区的气候、海洋生物资源、特别是海洋生产力起着举足轻重的影响。所以,近十几年来,沿岸上升流的研究愈来愈受到人们的关注。特别是七十年代以来,它已作为“沿岸上升流实验”(CUE)的课题而被列入“国际海洋考察十年”计划中。自从人们发现上升流以来,普遍认为,沿岸上升流仅仅是大洋东边界的独特现象。但近几年来,随着大洋西部上升流的相继发现,这一看法已经开始动摇。R·博吉和M·托姆克     

石笋δ18O揭示的亚洲夏季风变化及机制综述

亚洲夏季风（ASM,Asian Summer Monsoon）是全球气候系统的重要组成部分,也是目前地球系统科学的热点问题。亚洲石笋δ18O揭示的亚洲古季风变化,加深了我们对其时空演化机制的理解。然而,目前东亚夏季风区和印度夏季风区石笋δ18O记录在不同时间尺度上的相互关系和主控因素仍存在一些争议。针对这一问题,本文综述了东亚夏季风（EASM,East Asian Summer Monsoon）区和印度夏季风（ISM,Indian Summer Monsoon）区的高分辨率石笋δ18O记录,发现两者在轨道尺度上都受控于岁差驱动的北半球夏季日照量的变化,其机制涉及海陆热力差异强度、辐合强度和上升气流强度以及夏季时长的变化。这些机制共同导致了在北半球夏季日照高值期EASM和ISM区夏季降雨量增加以及降雨和石笋的δ18O值负偏。在千年尺度上,EASM区和ISM区的石笋δ18O记录则响应于北大西洋区的气候变化,具体响应机制主要有热带辐合带南移导致的印度洋水汽分馏减弱（主要影响ISM区和EASM区）,以及西风带调节的水汽来源和降雨季节性变化（主要影响EASM区）。在百年及以下尺度,EASM区和ISM区石笋δ18O记录都受到与厄尔尼诺-南方涛动有关的大尺度大气环流影响。未来在关键区域构建更多高分辨率的石笋δ18O记录及相关的降雨指标,将有助于理解大气环流变化与东亚夏季风区降雨的关系。     

南海北部中更新世0.78～1.0 Ma期间的陆源碎屑粒度记录

南海北部陆坡大洋钻探计划(ODP)1144站的高速堆积体为高分辨率的古环境研究提供了良好的材料。通过分析1144站陆源碎屑的粒径分布,高分辨率地(200a)研究了中更新世气候转型期(0.78～1.0Ma)东亚夏季风演变在南海北部的记录。结果显示,陆源碎屑的粒径比值(3.5～8.2μm)/(9～23μm)可以作为东亚夏季风演化的替代指标,高值代表强盛的夏季风。这个比值指示了夏季风在920ka时突然增强,表明中更新世转型以夏季风突然增强为起点,此后夏季风处于不断加强和减弱的循环状态,说明了中更新世气候转型是一个渐变的过程。东亚夏季风演化的强弱与北半球夏季日射量基本呈线性关系,显示东亚季风演化的天文驱动机制。频谱分析发现,夏季风演化存在3.3ka和1.2ka左右的千年尺度周期,且在转型前后千年尺度周期也发生变化,说明中更新世的气候转型不仅表现在轨道尺度的气候周期变化上,也体现在千年尺度气候波动的特征变化上。     

东亚夏季风对长江口海域表面水温的影响

根据引水船海洋站 1960 - 2001 年、大戢山海洋站 1978 - 1999 年、吕四海洋站 1960 - 1990 年、滩浒岛海洋站 1984 - 2001 年、嵊山海洋站 1973 - 2001 年夏季 6 - 8 月、秋季 9 - 11 月月平均表面水温资料和美国NCEP / NCAR的北半球月平均 500 hPa 高度场、850 hPa 风场再分析资料,利用合成分析及相关分析方法,分析东亚夏季风对长江口海域 ( 区 ) 表面水温 ( SST ) 的影响.结果表明:长江口区夏季 SST 呈近岸高,外海低的特点.长江口区 SST 冷夏年,东亚夏季风较弱;暖夏年东亚夏季风较强.强夏季风年,长江口区夏季、秋季 SST 偏高;弱夏季风年,长江口区夏季 SST 偏低.     

西菲律宾海26万年来古生产力变化的颗石藻证据

基于国际海洋古全球变化研究项目(IMAGES)在西菲律宾海本哈姆海台获取的高质量柱状沉积物岩芯MD06-3047(17°00.44′N、124°47.93′E),利用颗石藻下透光带属种Florisphaera profunda的相对丰度以及初级生产力转换函数,恢复了260 ka以来西菲律宾海上部水体营养跃层以及初级生产力的变化历史。发现该区域26万年以来初级生产力冰期-间冰期变化特征较不明显,冰期生产力平均值略高于间冰期。通过与前人已发表的指示东亚冬季风强弱的伊利石/蒙脱石记录和热带太平洋纬向表层海水温度梯度记录的对比,提出MIS 8期以来,热带西菲律宾海古生产力变化的主要受控因素在MIS 5a左右发生明显转变。在MIS 8后期至MIS 5a之间,初级生产力受到长期类ENSO过程的影响较为显著,当热带东西太平洋海水表层温度梯度较小的时期,认为热带太平洋处于类El Niño状态,此时西菲律宾海营养跃层相对较浅,生产力较高,反之则相反。而在MIS 5末期至末次冰消期时段,生产力受东亚冬季风的影响相对于长期ENSO过程更强,可能掩盖了后者的古生产力信号。冰期东亚冬季风加强,一方面,可以引起上部水体混合加强,增加下部营养物质向上的输送,另一方面大量风尘物质的输入可以刺激颗石藻的生长;反之在冰消期,水体混合较弱,风尘输入显著减少,生产力也随之降低。     

最近千年来山东半岛西部气候环境变化的石笋微层厚度记录

ky1石笋采自位于暖温带东亚季风影响下的山东半岛西部开元洞,自顶部到距顶42.769 mm处发育有连续沉积的678个微层,均为典型的透光年纹层。在高精度U-230Th测年结果的基础上,结合年纹层的连续计数,确定第1、678纹层的沉积年代分别为1217AD、1894AD,即ky1石笋上部微层的沉积时间为1217-1894AD,恰好涵盖中世纪暖期后期和小冰期。根据微层厚度及δ18O比值测试结果,在1217-1894AD的678年中,ky1石笋微层的厚度变化和厚度的波动程度变化均具有显著的阶段性,而且与同期夏季风强度、降水量及其波动程度变化同步。其中,微层厚度与夏季风强度、降水量本身呈负相关,微层厚度高值期对应夏季风微弱-偏干期,而低值期对应夏季风强烈-偏湿期。另一方面,微层厚度与夏季风强度、降水量的波动程度呈正相关,微层厚度高值期对应夏季风强度、降水量的高波动期,而低值期对应夏季风强度、降水量的低波动期。因此,除与气候因子本身变化有关外,开元洞石笋微层厚度变化还与气候的稳定程度有关。在暖温带东亚季风区沿海,小冰期与中世纪暖期的气候差异,除了表现为降水减少、温度降低以外,还表现为气候稳定程度的显著降低。     

台湾以东黑潮沉积物中的生源要素对近千年来气候环境变化的响应

基于台湾以东黑潮主流系沉积物中碳、氮、磷等生源要素指标的变化,在沉积物年代学的基础上,探讨了近千年来气候环境变化在黑潮沉积物中的历史记录。结果表明,近千年来台湾以东、琉球岛弧南侧斜坡的黑潮主流区平均沉积速率可达34.2 cm/ka,据其变化可大致分成的3个沉积阶段,与中世纪暖期、小冰期和现代暖期的划分基本一致。沉积物中碳以无机碳为主,总无机碳（TIC）的含量从1850年开始逐渐增大并伴随剧烈波动,恰好与大气CO₂水平的快速升高相对应;总有机碳（TOC）含量的变化则与东亚夏季风强度的变化关系密切,在夏季风较弱的小冰期其含量明显高于夏季风较强的中世纪暖期和现代暖期,这是由于较弱的夏季风有利于亚洲大陆风尘的产生和向海输送,从而促进了研究海域的初级生产力。1850年以来,沉积物中的C∶N∶P逐渐从低于转变为高于Redfield比,反映了上层水体营养盐结构从氮缺乏到氮充足的转变,这与近现代以来急剧增加的全球氮排放密切相关。总体来说,黑潮主流系沉积物中的生源要素指标,明确记录和响应了近千年来的气候环境变化,尤其是近150多年以来不断加剧的人类活动所造成的气候环境剧变。