大气、海洋与固体地球的能量交换

通过对南极气温资料、南极臭氧资料、环南极海冰资料、太平洋海温资料、地球自转速度变化资料、厄尔尼诺和拉尼娜资料的模拟验证，发现厄尔尼诺事件发生与德雷克海峡海冰减少在时间上有一一对应关系。南极半岛海冰减少是太平洋环流速度减慢的原因，德雷克海峡的海冰起重要作用。大气、海洋与固体地球的角动量交换在南、北半球有不同的形式。强震起源于海平面振荡。     

日食诱发厄尔尼诺现象的热-动力机制

潮汐变化引起的大气圈、海洋圈和岩石圈差异旋转的计算结果显示:地球扁率变大时,赤道面的高速气流和洋流产生与地球自转方向相反的由东向西运动,类似赤道东风带;地球扁率变小时,大气和海洋赤道突起减小并向两极流动,在南北纬35°线以上的中高纬度地区,形成两极突起,该计算结果与全球风带分布完全符合。综合分析表明,太阳在赤道面时,赤道东风加强,海洋南北赤道暖流加强;太阳在南北回归线时,西风带加强。日、地、月在同一直线上时将增强这一效应。日月大潮引起的大气、海洋和固体地球的差异旋转是日食多次发生在赤道引发拉尼娜事件产生的动力学机制。     

西太平洋次表层海温异常与北赤道流异常海温西传

通过对热带太平洋上层XBT温度资料分析,探讨了对厄尔尼诺(El Nino)事件发生起重要作用的西太平洋暖池区次表层海温变暖异常的变化规律,揭示了影响西太平洋暖池区次表层海温变暖异常的形成机制.分析表明:西太平洋暖池区的次表层海温异常变暖与赤道太平洋的北赤道流(10°N)的海温异常存在密切关系.在El Nino事件发生的前期,位于赤道中东太平洋的异常暖水沿北赤道流温跃层潜沉向西太平洋暖池区输送,在西太平洋暖池堆积并向赤道西太平洋扩展,当异常暖水达到一定强度,并在大气的强迫下,异常暖水沿温跃层东传至赤道中东太平洋并上浮于海面,最终导致El Nino事件的爆发.北赤道流的异常海温西传是导致西太平洋暖池区次表层海温异常的重要机制,是导致El Nino事件发生的关键.     

中国大陆现今构造应变率场及其动力学成因研究

通过分析中国大陆地壳运动GPS速度场得到现今构造应变率场。结果显示在印度板块北向推挤作用下 ,青藏高原内部及其邻域形变场并不局限于少数大型走滑断裂 ,而是在大范围内广泛分布 ,各地区构造运动驱动机制也可能各有不同。藏南地区主应变率场呈均衡的约 2× 10 -8a-1南北向挤压和东西向拉张 ,显示印度板块下插造成的地壳增厚和岩石圈拆离可能形成上地壳与上地幔间形变解耦 ,地壳内部在南北向挤压及重力场作用下产生东向塑性流驱使上地壳产生东西向拉张。西藏中部羌塘地区主应变率场显示均衡的约 2× 10 -8a-1北北东向挤压和北西西向拉张 ,反映本地区一系列走向北东和北西的共轭剪切断裂的活动 ,可能源于南北向挤压和软流层内东向塑性流的驱动。柴达木盆地及周边地区主应变率场呈约 2× 10 -8a-1北东向压缩和约 (0 1)× 10 -8a-1北西向拉张 ,表明地壳增厚造成的地壳温度上升可能还不足以造成上下地壳的充分解耦 ,南北向的消减还未能有效地转换成东西向的拉张 ,形变以褶皱和逆冲断裂运动为主。当今青藏高原形变场的形成应是构造运动从南到北阶段性发展过程中地壳与上地幔介质性质差异造成驱动机制不同的结果。     

地球旋转膨胀与冈瓦纳古陆裂解

地球自转速度变慢说明地球在旋转的同时其体积在膨胀。这与红移现象等说明的宇宙膨胀是一致的。地球放射性物质的放射性能导致软流圈及塑性地核外核的形成。地球自转的惯性与地球塑性层的共同作用导致了地球的层间滑动。地球外圈应相对于内圈转动较慢。转动较快的内层层圈的运动方向为自西向东,或左旋剪切。即,软流圈之下的下地幔应相对于岩石圈自西向东转动较快;塑性地核外核之下的内核应相对于外核自西向东转动较快。在地球层圈之间的剪切力和地球放射性能所引起的热能的共同作用下,在软流圈产生物质的对流,形成地幔物质对流。推测地核的外核也可能会产生塑性物质的对流。地轴倾角ε的变化以及潮汐转矩和岁差转矩是地球动力学的重要因素。地球的旋转膨胀是板块运动的地球动力学基础,也是冈瓦纳古陆裂解的运动学基础。     

末次盛冰期太平洋赤道辐合带对暖池外热带海表温度变化的敏感性

利用美国NCAR CAM3大气环流模式,分析了末次盛冰期（LGM）两个不同的热带海表温度重建方案中,北半球冬季热带中、西太平洋对流活动及大气环流对暖池外（赤道东太平洋和热带大西洋）热带SST异常的敏感性。结果表明：  1）SST异常首先引起大气环流的改变。  赤道东太平洋对流层下沉增强,而作为经向补偿,副热带东太平洋上升运动增强,其中南半球尤为明显,同时南半球热带中、西太平洋上升运动增强,加剧了该区纬向逆时针环流,说明冰期热带海气耦合过程受气候背景场（如SST）影响很大;   2）大气环流格局改变引起热带中西太平洋的大气加热、对流活动、表层风场及降雨的巨大变化。  140°E以西的婆罗洲和菲律宾区域,总的大气加热减少是由于对流与辐射加热减少所致,对应于该区风场辐散和降雨减少;   而140°E以东的南半球热带中、西太平洋,大气吸收热量增加,对流与辐射加热均增强,总降雨量也随之增加,反映该区赤道辐合带南移并增强。该项研究为探索热带太平洋在冰期/间冰期旋回中的古海洋学变化提供了新的数据支撑。此外,不同重建SST对赤道辐合带的影响比较大,因此利用重建SST进行数值模拟或者利用耦合模式研究LGM热带海气相互作用时,应该十分重视全球热带SST分布特征。     

一个改进的地球圈层差异旋转模型

地球自转速度在长期的减慢,而内核自转 又较其外部的地球部分转动快,这是由日 、月对地球的潮汐摩擦引起的同一动力学背景下导致的相关现象。通过能量守衡的定量分析 ,得出地球潮汐耗散能的11% 即可导致内核自转较其外部的地球部分自转快的结论。通过推 理比较和定量分析,提出了岩石圈层、主地幔圈层与内核三个圈层的差异旋转模型：岩石圈 自转速度<主地慢自转速度<内核自转速度。它可能是导致大陆向西飘移-板块构造及地磁产 生的重要机制之一。     

大陆层控构造论盆－山系与造山带成因及演化新模式

大陆构造以受中地壳塑性层控制的盆－山系和冲叠造山带厚皮构造为主要构造类型，而与中生代以来才出现的受软流层控制的大洋岩石圈板块构造截然不同。由上地壳正断层上盘断陷盆地和下盘断隆山所组成的盆－山系，与地球自转速度逐渐变慢派生不同性质水平力和重力的共同作用有关。当地球自转速度突然变化时，将派生强烈的侧压力，使升降幅度较大、具有侧向应变空间的断陷盆地与断隆山之间的上地壳发生冲叠运动，盆－山系由此演变成冲叠造山带。后者对前者存在着严格的继承关系，服从于“升降－冲叠律”。中生代以来的盆－山系和冲叠造山带有的是板块活动产物     

大陆层控构造论盆－山系与造山带成因及演化新模式

大陆构造以受中地壳塑性层控制的盆－山系和冲叠造山带厚皮构造为主要构造类型，而与中生代以来才出现的受软流层控制的大洋岩石圈板块构造截然不同。由上地壳正断层上盘断陷盆地和下盘断隆山所组成的盆－山系，与地球自转速度逐渐变慢派生不同性质水平力和重力的共同作用有关。当地球自转速度突然变化时，将派生强烈的侧压力，使升降幅度较大、具有侧向应变空间的断陷盆地与断隆山之间的上地壳发生冲叠运动，盆－山系由此演变成冲叠造山带。后者对前者存在着严格的继承关系，服从于“升降－冲叠律”。中生代以来的盆－山系和冲叠造山带有的是板块活动产物     

全球GPS矢量场的分区描述及规律性分析

以平均选择的GPS站点运动年速率编制了全球板块运动矢量场,从而揭示了以下几点规律:1从北大西洋洋脊东侧起,直至西北太平洋岛弧带,欧亚大板块总体呈现顺时针宽弧形运动;2从北大西洋洋脊西侧直至美洲大陆西边缘,北美大板块呈现反时针宽弧形运动;3从南大西洋洋脊东侧起,直至克马德克—新西兰一线,非洲板块和印—澳板块一并呈现从北东指向渐变为北北东指向的运动;4东南太平洋洋脊西侧太平洋板块总体向北西西方向运动;5东南太平洋脊东侧海底大小板块总体向北东东运动;6南美洲整体向北运动;7北极区总体向太平洋北缘运动;南极洲总体向大西洋区运动,并有分裂—对旋迹象。分析上述运动的分区展布,可推论以下几点运动动力学的认识:1拖动全球板块一级运动势态的地幔流可分解为由南极区向北的径向流与由大西洋洋脊和东南太平洋洋脊的东西两侧纬向流的二元动力联合作用,从而造成全球性指向北东和北西的斜向运动;2以重力大地水准面所展现的低阶双重非对称的地球,是引导表壳发育张裂洋脊带和汇聚俯冲带的力学条件;3沿赤道两侧不协调运动带呈现压扭、张扭的复杂变动除了南半球与北半球地幔流在运动指向和速度的差异而造成之外,还可能与地球质心的偏心和南、北半球自转速度的差异变化有关;4南极洲相对环南极洋脊的偏极分流运动还有待进一步研究。在以上认识的基础上,本文讨论了造成三大洋脊在全球表壳的分布、全球深俯冲带仅仅在环太平洋边缘带内发育、北半球和南半球的板块径向、纬向运动有整体性差异等问题的原因。造成上述现象是与地球整体的双重不对称性有关,即北、南半球和0°/180°半球的缩、胀和快、慢的双重非对称,而这种双重不对称性是地球内部物质的热状态、运动状态以及质量分布等原因造成的,我们认为以重力大地水准面所展现的低阶双重非对称的地球表壳,既是约束地幔流的上边界条件,又是引导表壳发育张裂带的力学条件,目前地球表面的这些一级构造因素并不是随意造成的,它们有着深刻的地球物理背景。本文还着重讨论了双重非对称畸形壳体的构造力学背景,根据GPS资料建立了地球热流驱动的地幔经、纬向一级对流格局。     

华南东南沿海地区岩石圈电性结构

为了研究华南东南沿海地区的壳幔电性结构及其动力学背景,布设了4条大地电磁测深剖面,获得了相应的二维地电模型,并结合相关地质和地球化学信息对地电模型进行了研究。结果表明:研究区西部地壳由于碰撞汇聚作用变厚,东部地壳由于太平洋板块的俯冲作用剧烈减薄。华南东南沿海地区的岩石圈并不是简单的呈现"西厚东薄"的特征,研究区东西两端岩石圈厚度超过100km,推测西段岩石圈增厚主要形成于陆内挤压造山或陆内碰撞汇聚造山作用,而东端岩石圈增厚可能由于大洋板块俯冲时洋壳残留物叠置在岩石圈的下部所形成,而中部岩石圈的减薄与软流圈物质上侵有关,造成此区域大规模软流圈物质上侵的动力来自于太平洋板块俯冲产生的深部热扰动。     

赤道太平洋次表层海水温度异常的信号通道

应用热带太平洋上层XBT温度资料,分析探讨了西太平洋暖池区次表层海温冷暖异常信号的变化规律,揭示了影响西太平洋暖池区次表层海温冷变异常的信号通道。分析表明,西太平洋暖池区的次表层海温异常变冷与太平洋北赤道流的海温冷异常信号西传有重要关系。北赤道流的海温异常冷(暖)信号是沿温跃层由赤道中东太平洋潜沉向西太平洋暖池区传播,与西太平洋次表层海温异常(冷)暖信号向赤道中东太平洋传播构成了热带海洋信号的气旋式"环流通道"。在这一"环流通道"中,北赤道流的海温异常信号西传是导致西太平洋暖池区及西太平洋次表层海温异常的重要机制,是影响厄尔尼诺(ElNino)和拉尼娜(LaNina)事件发生的关键。     

两种不同类型的活动大陆边缘及其动力学机制

东、西太平洋存在压性和张性两种不同类型的活动大陆边缘。它们产出的地质特征表明,岩石圈相对地幔对流体,持续或幕式地向西滑移。其滑移机制,可从（地球）旋转体不同圈层之间存在不同的（旋转）动量矩得到解释。     

地球内核快速旋转的发现与全球变化的轨道效应

科里奥利效应是产生内核快速旋转的主要原因。科氏力使上升物质向西漂移，下降物质向东漂移；造成地球外层自转减速，地球内层自转加速。所以，自旋体中的垂直运动可以产生大规模的水平运动——圈层差异旋转。地震波测量结果表明，内核旋转速度每年比地壳地幔快１°。对于一个内核差异旋转的地球，太阳辐射不仅形成地磁场的内外磁尾和地壳与内核的反向振动，而且影响核幔角动量交换和电磁耦合，从而控制了地球内能的释放，形成天文周期与地质旋回的一一对应关系。地球轨道和太阳轨道的全球变化响应，为太阳辐射量变化控制地球内能释放提供了证据     

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。     

中国岩石圈的基本特征

中国及邻区岩石圈结构构造十分复杂,并具有若干明显的特点:中国大陆地壳西厚东薄、南厚北薄,青藏高原地壳平均厚度为60~65 km,最厚达80 km;东部地区一般为30~35 km,南中国海中央海盆平均只有5 km;中国大陆地壳平均厚度为476 km,大大超过全球地壳392 km的平均厚度。中国大陆及邻区岩石圈亦呈西厚东薄、南厚北薄的变化趋势,青藏高原及西北地区岩石圈平均厚度为165 km,塔里木盆地中东部、帕米尔与昌都地区岩石圈厚度可达180~200 km。大兴安岭-太行山-武陵山以东,包括边缘海为岩石圈减薄区,厚度为50~85 km。西部岩石圈、软流圈“层状结构”明显,反映了板块碰撞汇聚的动力学环境;东部岩石圈、软流圈呈“块状镶嵌结构”,岩石圈薄,软流圈厚,反映了地壳拉张、软流圈物质上涌的特点,并在东亚及西太平洋地区85~250 km深处形成一巨型低速异常体。中国东部上、下地壳及地壳、岩石圈地幔之间普遍存在“上老下新”年龄结构。     

中国东部燕山期和四川期岩石圈构造滑脱与岩浆起源深度

较确切地研究岩石圈内部构造滑脱面在地质历史时期形成的时间和部位是当前大地构造学研究的一个重要课题。通过大量收集中国东部燕山期(205~135Ma)和四川期(135~52Ma)岩浆起源深度资料来判断岩石圈内部和底部是否存在局部的构造滑脱界面,是否发生层圈相互作用,是否发生部分的解耦现象,是一种可行的研究方法。研究表明,中国东部燕山期和四川期岩石圈板块的构造滑脱、圈层的解耦作用及相互作用主要集中在中地壳、莫霍面与区域性主干断层的交线附近,而岩石圈板块的底面却并不存在大幅度的滑移。中国东部燕山期和四川期岩浆活动比较发育的地区基本上都位于大兴安岭—山西西部—武陵山—十万大山一线以东地区,而在此线以西地区岩浆活动相当微弱。笔者认为,在侏罗—白垩纪时期,该线以西缺少岩浆活动的地区可能就是当时的大陆型岩石圈,而该线以东岩浆活动剧烈的地区可能就属于海陆过渡型岩石圈。中国东部岩石圈的转型和"变薄",不太可能是深部地幔羽、去根作用、深部地幔热物质上涌或大陆伸展作用的结果,也不太可能与太平洋板块的俯冲作用有直接联系。     

The birth of El Niño: Geoarchaeological evidence and implications

The oceanographic phenomenon known as El Niño is the subject of intensive recent study. Any hypotheses regarding physical causes and predictability of El Niño should consider its geological history. New geoarchaeological evidence suggests that the El Niño phenomenon did not exist along the northern and central coasts of Peru before about 5000 years B.P. Molluscan faunas from archaeological sites at Pampa las Salinas and Salinas de Chao permit temporal bracketing of a major structural change in the East Pacific water mass. The boundary between the warm Panamic Province and the cold Peruvian Province, which today occurs at about 5 degrees south latitude, was some 500 km further south from at least 11,000 years B.P. to about 5000 years B.P. This conclusion is corroborated by many other lines of evidence including phosphorite distribution, timing of glacial retreat, sea level change, radiolarian, diatom and fish scale distributions, and beach ridge patterns. The present day arid coastal climate of north central Peru is probably a post-5000 year B.P. development. Hunter–gatherer populations of the area would most likely have exploited more land-based seasonal resources from grasslands and forests before 5000 years B.P., and relied less upon the diminished productivity of warm water maritime resources.