全球变暖背景下南海动力海平面变化

由于分辨率不足等原因,当前大部分全球耦合气候模式对南海等海洋区域的模拟能力仍然较低。本文基于超高分辨率（Ultra high-resolution） CESM-UHR耦合模式（大气和海洋水平分辨率分别达到约25 km和约10 km）研究了南海动力海平面对全球变暖的响应。研究发现：（1） CESM-UHR能够较好地模拟出南海冬、夏季节性动力海面高度和表层环流变化;（2）在四倍二氧化碳试验下,冬季南海动力海平面变化呈现出中部低、近岸高的分布特征;夏季则呈现出西北部低、东南部高的分布特征,分别对应冬、夏表层地转流增强趋势;（3）冬、夏动力海平面变化特征与风应力旋度变化具有很好的对应关系;（4）全球变暖下南海海平面变化存在季节循环放大效应,这将增大南海极端水位灾害风险。     

全球变暖背景下最近40年太平洋海面高度和热容量变化数值模拟

用Non-Boussinesq POP模式和1960—1999年NCEP的1 000hPa大气温度和风场资料,模拟了最近40a太平洋海面高度和热容量的变化,通过与实际观测结果比较,得出模拟结果可信的结论,并且得到了如下有意义的结果。1960—1999年由热膨胀引起的太平洋海面高度平均以0.5mm.a-1的速度上升,如果在此之后假设全球气温不再升高,由于海洋特别是深海还没有达到平衡,在未来282a太平洋深海继续增温导致平均海面高度还将以0.15mm.a-1的速度上升。1960—1999年太平洋海面高度平均变化率的水平分布显示,最大的下降率在热带中西太平洋,为7mm.a-1;最大的上升率在热带东太平洋,为8mm.a-1左右;中纬度太平洋中部海面高度是下降的,下降率1mm.a-1左右;另外在南半球的中太平洋南部海面高度也是下降的,下降率小于1mm.a-1,而在太平洋沿岸则基本上是上升区域;中国沿海海面高度的上升率为1.0mm.a-1左右,它相对于东太平洋沿岸的上升率要小很多。太平洋热容量从海表向下传播的速度是由快变慢的,到170m再由慢变快,到500m达到最快,在500m深度以下又逐渐变慢;在大多数情况下,El Ni o年份整个太平洋的热容量是比较高的,而La Ni a年份的热容量则比较低。     

ENSO强度模拟差异对全球变暖下热带太平洋大气变化预估结果的影响

热带太平洋海洋大气耦合系统对全球变暖的响应是气候变化的热点问题.前人研究发现,气候模式的模拟偏差对于全球变暖响应结果有重要影响.本文利用美国大气研究中心(National Center for Atmospheric Research,NCAR)的地球系统模式(The Community Earth System Model,CESM)中的大气模式(Community Atmosphere Model version 5,CAM5)设计数值试验,在相同的SST(Sea Surface Temperature)增暖强迫下,通过改变海洋SST的年际变化振幅,来分析热带海洋年际变化强度的模拟对未来热带海区降水和大气环流场未来变化的影响.试验结果表明,随着SST年际变化强度的增加,全球变暖后热带太平洋降水变化的东西不对称性,以及向暖池区域辐合的风场变化等特征都逐渐减弱.进一步的分析发现,不同年际变化信号导致的大气场变化差异主要发生在冬季,是由于热带太平洋SST年际变化主模态ENSO(El Nino Southern Oscillation)的不对称性造成的:在厄尔尼诺年,强(弱)的年际变化信号会造成降水在东太平洋产生较大(小)的变化;而在拉尼娜年和正常年份,年际变化信号的强弱对热带降水变化的影响则不大.当热带海温的年际变化较大时,厄尔尼诺年的海温异常更强,造成的降水和风场的变化特征也会更加显著.     

全球变暖背景下对太平洋环流（1960—1999）的模拟

我们用Non—Boussinesq POP海洋模式和NECP 1000 hPa的风应力和气温场资料,模拟了1960—1999年太平洋环流,结果显示：在过去的40年,热带太平洋环流变弱了,另外,由于全球变暖,由北赤道流产生的向热带西太平洋沿岸的热输送和由南赤道流产生的向南太平洋中高纬度的热输送随着时间是减弱的,而在北半球,由北赤道流产生的向中高纬度的热输送是增加的。     

基于CMIP5模式的南海海平面未来变化预估

Future potential sea level change in the South China Sea(SCS) is estimated by using 24 CMIP5 models under different representative concentration pathway(RCP) scenarios. By the end of the 21 st century(2081–2100 relative to 1986–2005), the multimodel ensemble mean dynamic sea level(DSL) is projected to rise 0.9, 1.6, and 1.1 cm under RCP2.6, RCP4.5, and RCP8.5 scenarios, respectively, resulting in a total sea level rise(SLR) of 40.9, 48.6, and 64.1 cm in the SCS. It indicates that the SCS will experience a substantial SLR over the 21 st century, and the rise is only marginal larger than the global mean SLR. During the same period, the steric sea level(SSL) rise is estimated to be 6.7, 10.0, and 15.3 cm under the three scenarios, respectively, which accounts only for 16%, 21% and 24% of the total SLR in this region. The changes of the SSL in the SCS are almost out of phase with those of the DSL for the three scenarios. The central deep basin has a slightly weak DSL rise, but a strong SSL rise during the 21 st century, compared with the north and southwest shelves.     

全球变暖背景下最近40年太平洋海温变化数值模拟

用Non-Boussinesq POP模式和1960—1999年NCEP的1 000 hPa大气温度和风场资料,模拟了最近40 a太平洋海温的变化,通过与实际观测结果比较,得出模拟结果是可信的,并且得到了一些有意义的结果:在海面,太平洋最大的增温发生在赤道中东太平洋,即Niño1-Niño4区内,最大的降温在中纬度南北太平洋中部,除了北半球太平洋西岸40°N附近为降温外,在北半球太平洋沿岸基本上为升温,但太平洋东海岸的升温幅度要远大于西海岸;在太平洋0~483 m深度垂直方向,除了赤道中太平洋区域海温的变化在海面为上升,在169 m处为下降,在483 m处又转为上升外,其他区域海温的变化在垂直方向基本上为线性变化。在全球增暖的背景下,虽然El Niño现象在20世纪90年代以后表现出增强的趋势,但是反映在赤道表面以下的次表层西太平洋暖池中的异常暖中心,在由西向东移动过程中其强度却是减弱的。     

全球变暖背景下核电站温排水对海洋生态系统的影响

温排水会引起水体多种理化性质的变化,对底栖生物、浮游生物、鱼类等都有不同程度的影响。而气候变暖将导致改变海水温度相应升高。2种温度升高将对核电站所在海域的生态环境造成很大的影响。本文以某核电站为研究对象,采用GCM(大气环流模型)模拟出2020s、2050s、2080s不同时期某核电站所在网格的气温数据,分析气候变暖的趋势。分析温排水对生态环境的影响,同时指出在某核电站海域需要着重重视的两个问题,即赤潮和中华白海豚。     

全球变暖和海洋酸化背景下珊瑚礁生态响应的研究进展

生物礁是由珊瑚虫、藻类等造礁生物组成、具有抗浪结构的海相碳酸盐岩,是全球主要碳库之一,也是观察热带海洋影响中-高纬度环境过程的重要窗口。近二、三十年以来,伴随着海洋水体的显著酸化和增温,全球热带海洋生物礁的主体——珊瑚礁系统遭受了不同程度的影响。其中,对于高温强迫而言,海水温度上升诱发珊瑚白化、抑制珊瑚的自我修复;海洋酸化可以显著改变珊瑚钙化率、抑制珊瑚幼虫发育、引发珊瑚礁的溶解;两大因素均可改变珊瑚礁的群落结构。针对这些环境要素的改变,珊瑚自身可以通过共生藻的种类转换以及调控基因表达等手段在一定程度上抵抗高温胁迫;但若温室气体的排放不受控制,绝大多数珊瑚礁到21世纪末都将遭受灾难性打击。为应对未来不同场景下的珊瑚礁变化,还需要对高温、酸化等关键因子响应特征进行更深入的研究;珊瑚礁长序列研究有可能为珊瑚的长周期演化特征提供关键认识,也为现代观测提供有益补充。     

两处滨海核电拟选址站历史水温特征分析及全球变暖背景下水温预估

核电站最终热阱通常指接受核电站排除余热的大气或水体,或两者的结合。由于核电厂的热效率比火电厂低,因此核电厂冷却水量比同样容量的火电厂大。一般核电厂均建在有充分水源的江、河、湖、海边。本研究通过对两个滨海候选核电厂址——广东乌屿和广西防城港历年夏季日最高水温累积频率的分析以及用皮尔逊-Ⅲ型方法对乌屿站30年年最高水温进行频率和重现期分析,最后通过用CCSM3耦合模式对未来70年两站的水温变化进行预估,结果可为核电站最终热阱设计提供输入依据。     

CMIP5模式对南海SST的模拟和预估

分析了32个CMIP5模式对南海历史海表温度(SST)的模拟能力和不同排放情景下未来SST变化的预估。通过检验各气候模式对南海历史SST增温趋势和均方差的模拟,发现大部分模式都能较好地模拟出南海20世纪历史SST的基本特征和变化规律,但也有部分模式的模拟存在较大偏差。尽管这些模拟偏差较大的模式对SST多模式集合平均的影响不大,但会增加未来情景预估的不确定性。剔除15个模式后,分析了南海SST在RCP26、RCP45和RCP85三种排放情景下的变化趋势,发现在未来百年呈明显的增温趋势,多模式集合平均的增温趋势分别为0.42、1.50和3.30℃/(100a)。这些增温趋势在空间上变化不大,但随时间并不是均匀变化的。在前两种排放情景下,21世纪前期的增温趋势明显强于后期,而在RCP85情景下,21世纪后期的增温趋势强于前期。     

地球系统模式FIO-ESM对北极海冰的模拟和预估

评估了地球系统模式FIO-ESM(First Institute of Oceanography-Earth System Model)基于CMIP5(Coupled Model Intercomparison Project Phase 5)的历史实验对北极海冰的模拟能力,分析了该模式基于CMIP5未来情景实验在不同典型浓度路径(RCPs,Representative Concentration Pathways)下对北极海冰的预估情况。通过与卫星观测的海冰覆盖范围资料相比,该模式能够很好地模拟出多年平均海冰覆盖范围的季节变化特征,模拟的气候态月平均海冰覆盖范围均在卫星观测值±15%范围以内。FIO-ESM能够较好地模拟1979-2005年期间北极海冰的衰减趋势,模拟衰减速度为每年减少2.24×104 km2,但仍小于观测衰减速度(每年减少4.72×104 km2)。特别值得注意的是:不同于其他模式所预估的海冰一直衰减,FIO-ESM对21世纪北极海冰预估在不同情景下呈现不同的变化趋势,在RCP2.6和RCP4.5情景下,北极海冰总体呈增加趋势,在RCP6情景下,北极海冰基本维持不变,而在RCP8.5情景下,北极海冰呈现继续衰减趋势。     

基于VMD和WinLSP相结合的GNSS-R海平面高度估测模型

全球导航卫星系统反射（Global Navigation Satellite System-Reflectometry,GNSS-R）技术是一种新兴的监测海平面高度变化的技术。本文依据GNSS-R技术中的信噪比分析法的原理,通过分析其分离趋势项和提取振荡频率的过程,建立了新的估测模型以提高反演精度。针对传统模型存在的信号分离不佳的问题,本文提出使用变分模态分解（Variational Mode Decomposition,VMD）算法替换传统的最小二乘拟合法（Least Squares Fitting, LSF）进行趋势项分量的分离。在此基础上,本文引入基于凯塞窗函数改进的LSP（Lomb-Scargle Periodogram）频谱分析法（记为WinLSP）来减弱因频谱泄露带来的反演误差。在瑞典翁萨拉的GTGU站和美国阿拉斯加州的SC02站开展的海平面高度反演实验结果表明,本文建立的估测模型相比于传统模型具有更高的反演精度。基于VMD+WinLSP估测模型得到的GTGU站反演结果的均方根误差（RMSE）、相关系数和反演点数分别为4.70 cm、0.98和5 647。与传统的LSF+LSP估测模型相比,反演精度和GNSS数据利用率分别提高了约29.7%和15.0%。SC02站的RMSE、相关系数和反演点数分别为14.34 cm、0.99和1 785,反演精度和GNSS数据利用率分别提高了约12.3%和9.4%。     

基于SCHISM模式的全球潮波模拟

基于非结构网格半隐式跨尺度海洋模式(semi-implicit cross-scale hydroscience integrated system model,SCHISM),作者采用非结构三角网格,对全球大洋潮波进行数值模拟.通过调和分析,将196个潮位站的实测数据与模拟结果进行比较验证,两者符合良好,M2、K1分...     

海洋对全球变暖的响应

在地球冷暖交替的变化中,欧洲如同跳跳板的最远一角,暖得最快也冷得最快;如果全球持续变暖,全世界都将变得温暖异常,包括西伯利亚地     

全球变暖对生态环境的威胁

世界最具权威的两大气候变化监测系统(地球气象卫星系统和全球气象观测网)观测记录数据表明,地球气候自本世纪70年代开始明显增温,特别是80年代以来,连续出现高温酷热的年份。1994年全球气温要比1950～1980年30年间的平均气温高约0.3℃,是有气温记录以来最炎热的一个。     

全球变暖背景下三亚湾上升流的冷水有利于珊瑚的生存

It has been reported that global warming has negative effects on coral ecosystems in the past 50 years and the effects vary in different ocean environment. In order to make clear the coral reef status in the background of global warming along the south coast of Hainan Island of China, satellite and in situ data are used to retrieve the information of the coral reef status and surrounding environmental factors. The results show that cool water induced by upwelling along the south coast of Hainan Island is found in the area every summer month, especially in the relatively strong El Ni?o years(2002–2003 and 2005). From the NOAA satellite data, degree heating week(DHW) index does not exceed 3 in Sanya Bay even in the relatively strong El Ni?o years. By comparison of a coral reef growth rate in the Sanya Bay with respect to El Ni?o events from 1957 to 2000, coral's growth rate is relatively greater during 1972, 1991–1994 and 1998 El Ni?o event. By analyzing the environmental factors, it is found that the cool water induced by upwelling may be the main reason for protecting corals from global warming effects.     

CMIP5模式对登陆中国热带气旋活动的模拟和预估

基于中国气象局热带气旋最佳路径数据集,结合7个全球耦合模式在4个气候情景(Historical、RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5)下的模拟场,对比分析了模式模拟1986—2005年登陆我国热带气旋(LTC)活动的气候特征,并评估了未来(2026—2045年)不同气候情景下LTC活动的频数和强度变化特征。结果表明:在Historical情景下虽然各模式模拟的1986—2005年LTC均少于观测值,但仍然较好的再现LTC的季节分布、地理位置分布和强度分布特征。未来气候情景下不同强度LTC的频数预估则显示,相对于Historical情景,RCP2.6和RCP8.5情景下较弱的LTC有减少的趋势,而较强的LTC则表现为略微的增加。另外,对比不同模式的结果可以发现,模式中若中国大陆近海区域平均垂直风切变和海平面气压较大,则其对应的LTC活动较少;若模式中海表温度较高,则LTC的平均登陆强度较大。     

全球变暖背景下赤道太平洋温跃层的快慢变化特征与机制

本文利用GFDL CM2.1模拟的1％CO2增长理想试验结果,分析了在全球变暖背景下赤道太平洋温跃层深度的快慢两个时间尺度的变化特征.研究表明:在CO2浓度快速增加的阶段,赤道太平洋上层海洋层结增强,温跃层深度快速变浅(该阶段称为"快速变化阶段")且存在空间上的不均匀:在赤道中西太平洋(160°E～160°W之间)变浅...     

海平面变化对全球变化的响应

工业革命以来，全球海平面有了较大幅度的升高，这是由于工业革命促进了温室气体的产生。黄东海大陆架也出现了大规模的海侵。相对海平面上升引起海岸侵蚀、盐水入侵、地下水位上升、红树木枯竭、内陆咸化加剧、风暴潮增加等环境问题，成为当今国际科学界研究的热点。