全球海洋硅循环及研究中面临的主要挑战

海洋硅循环是海洋生物地球化学循环的关键过程之一,对调控全球二氧化碳浓度、海洋酸碱度和多种元素(氮、磷、铁、铝等)的循环具有重要作用。在当今气候变化和人类活动影响日益增强的背景下,硅循环与“生物泵”及碳循环的紧密联系,是其成为地球科学领域研究热点的主要原因。海洋中硅的外部来源主要为河流、地下水、大气沉降、海底玄武岩风化作用和海底热液输送5个途径,在全球气温变暖趋势的影响下,极地冰川融化成为高纬度海域不可忽视的硅源。生物硅在沉积物中的埋藏、硅质海绵和生物硅的反风化作用是重要的海洋硅移除过程。海洋硅循环过程复杂,受生物(生物吸收、降解)、物理(吸附、溶解)和化学(矿化分解和反风化作用)多重因素的影响,针对海洋硅循环关键过程的研究有助于综合评估海洋硅的“源-汇”和收支。本文总结了海洋硅循环的主要过程及海洋硅的收支,根据国际和国内研究现状讨论了当前海洋硅循环研究中面临的主要问题和挑战。现有研究成果显示,海洋硅的外源输入和输出通量比以往的评估分别增加了2.4和2.2倍。在短时间尺度内(<8 ka),全球海洋中硅的收支大致平衡,海洋硅循环基本处于稳定状态。气候变化和人类活动导致河流输送至陆架边缘海的硅通量发生变化,可能影响硅藻等海洋浮游植物种群结构,是未来海洋硅循环研究需要关注的问题之一。陆架边缘海较高沉积速率和强烈的反风化作用提高了该区域生物硅的埋藏效率,准确评估该区域生物硅的埋藏通量仍是亟须解决的难题。目前的研究评估了全球海洋浮游硅藻、硅质海绵以及放射虫生产力,而海洋底栖硅藻生产力的贡献受到忽视,未来需要关注底栖硅藻对生物硅的贡献及其在海洋硅的生物地球化学过程中的作用。     

我国海洋地质调查研究新进展

近10年来,我国海洋地质工作在海岸带、近海与管辖海域、大陆架边缘海和深海大洋开展了地质构造、矿产资源、环境灾害和探查技术及仪器设备等方面的调查研究和研发,取得一系列重要成果。如历时8年的“我国近海海洋综合调查与评价”专项(908专项),完成了1∶100万管辖海域的16个图幅、1∶25万13个图幅的综合调查和9个区块海砂资源评价; 在南海北部琼东南盆地发现了3个大气田; 开展了海岸带环境地质调查评价与图集(1∶400万)编制; “南海深海过程演变”专项研究与南黄海陆架区科学钻探均有新发现; 海底石油勘探与开发技术(“海洋石油981”钻井平台)、南海北部海域天然气水合物探测技术及发现(Ⅱ型天然气水合物、可燃冰冷泉)、南海天然气水合物试采成功,以及海底探测技术与采样设备的研发等等取得了实质性进展或突破。这些重要成果极大地提高了我国海洋地质调查的程度、研究水平和综合实力。     

鄂尔多斯盆地早侏罗世富县期沉积演化: 大洋缺氧事件前后陆地气候变化的响应*

托阿尔期早期早侏罗世大洋缺氧事件(T-OAE,~183.8 Ma)是一次全球性的地质事件,鄂尔多斯盆地下侏罗统富县组记录了此次地质事件的陆地响应过程。主要基于盆地东缘野外地质调查、扫描电镜及薄片分析,本次研究描述了盆地东北部富县组岩性、颜色和沉积序列,利用前人研究成果总结了富县期岩相古地理变化规律及沉积模式,认为富县期经历了由干旱到湿润的古气候变化: 富县组下部含植物化石较为丰富的白色砂砾岩及黑色、灰色泥页岩沉积于湿润气候时期,对应着盆地下切河谷发育期和填平补齐期; 而上覆的罕见植物化石的杂色、红色泥页岩为(富县期晚期)相对平坦地形条件下的沉积,对应着早、中侏罗世湿润气候背景下的一次干旱气候脉动,为托阿尔期大洋缺氧事件在陆相环境的气候响应,可由此进行富县组区域等时性对比。研究认为“粗富县”为下切谷内河流充填沉积, “细富县”形成于湖泊环境或河漫环境, “黑富县”和“白富县”是湿润气候条件下沉积产物,而“红富县”和“杂富县”为T-OAE期后干旱条件下形成。     

鄂尔多斯盆地早侏罗世富县期沉积演化: 大洋缺氧事件前后陆地气候变化的响应*

托阿尔期早期早侏罗世大洋缺氧事件(T-OAE,~183.8 Ma)是一次全球性的地质事件,鄂尔多斯盆地下侏罗统富县组记录了此次地质事件的陆地响应过程。主要基于盆地东缘野外地质调查、扫描电镜及薄片分析,本次研究描述了盆地东北部富县组岩性、颜色和沉积序列,利用前人研究成果总结了富县期岩相古地理变化规律及沉积模式,认为富县期经历了由干旱到湿润的古气候变化: 富县组下部含植物化石较为丰富的白色砂砾岩及黑色、灰色泥页岩沉积于湿润气候时期,对应着盆地下切河谷发育期和填平补齐期; 而上覆的罕见植物化石的杂色、红色泥页岩为(富县期晚期)相对平坦地形条件下的沉积,对应着早、中侏罗世湿润气候背景下的一次干旱气候脉动,为托阿尔期大洋缺氧事件在陆相环境的气候响应,可由此进行富县组区域等时性对比。研究认为“粗富县”为下切谷内河流充填沉积, “细富县”形成于湖泊环境或河漫环境, “黑富县”和“白富县”是湿润气候条件下沉积产物,而“红富县”和“杂富县”为T-OAE期后干旱条件下形成。     

中国区域性暴雨事件未来变化:RegCM4动力降尺度集合预估

区域性暴雨事件由于影响范围大、持续时间长,更易引发严重洪涝灾害,对经济社会可持续发展构成严重威胁。因此,预估区域性暴雨事件的未来变化对于气候变化适应和灾害风险管理意义重大。本文基于区域气候模式RegCM4对4个全球气候模式的动力降尺度模拟,利用“追踪式”客观识别方法,对我国区域性暴雨进行了识别,并从发生频次、持续时间、平均降水量、平均影响范围和综合强度5个方面预估了其在RCP4.5情景下的未来变化。多模式预估结果表明,我国平均区域性暴雨事件的发生频次、持续时间、平均降水量、平均影响范围和综合强度到21世纪末均呈不同程度的上升趋势。与1986—2005年相比,无论在21世纪中期(2046—2065年)还是末期(2080—2099年),位于“低值区”的事件出现频率减少,而位于“高值区”的事件出现频率增加。轻度区域性暴雨事件发生频次将减少,而中度、重度和严重的区域性暴雨事件发生频次将增加。在空间分布上,区域性暴雨事件的发生频次、持续时间和降水量均在我国东部区域大范围增加,并且三者增幅的空间分布型态较为一致。增加最显著的区域主要位于长江中下游、江南和华南地区,而且到21世纪末期的增加幅度大于中期。     

特约主编致读者

海洋覆盖地球表面的71%,其中,水深超过2 000 m的深海覆盖地球表面达60%,记录了约2亿年以来的地球演变历史。因此,深海沉积包含了地球气候系统长期变化的过程、机制和影响的最完整记录。现今的地球环境正在经历由人类活动引发的诸如气候变暖、海洋酸化、淡水短缺、土壤侵蚀、生态退化等全球变化的影响,而海洋变暖和酸化就是全球变化影响海洋的最直观表现。深海沉积能够为未来全球变化多种场景提供相应的类似情形,为预测未来变化提供依据。基于此,《深海沉积与全球变化》专辑从深海沉积记录的视角,共收录了19篇文章,包括全球变化综述论文和具体研究案例论文。这些文章的研究区域遍及太平洋、大西洋、印度洋、北冰洋和南大洋等全部世界五大洋,研究主题从深海沉积过程到快速气候变化,时间跨度从中新世到人类世多时间尺度,以列举案例的形式,向读者呈现深海沉积与现今/过去全球变化的研究进展。本专辑文章分为以下4个栏目： “深海沉积与全球变化综述”栏目收录2篇论文,综述了运用深海沉积研究全球气候和海平面变化的最新进展。介绍了该领域的突出进展,是针对社会选择的未来排放轨迹,在深海记录中都能够找到相应的类似情形,用于评估未来地球系统各种变化的过程和后果,提出面临的重大挑战是重新认识其关键过程的理论机制。汇总了国际大洋钻探计划执行的23个与海平面变化相关的航次研究进展,包括重建100 Ma以来的全球海平面变化历史,检验Exxon层序地层模型和海平面变化假说,以及建立南极冰盖演化与海平面变化关系等。 “深海沉积过程演化”栏目收录5篇论文,研究了北印度洋和西太平洋边缘海中新世/上新世以来深海沉积作用与环境的长期演化。通过国际大洋钻探航次资料和三维地震数据,揭示孟加拉湾晚中新世以来孟加拉尼科巴扇经历了此消彼长的“跷跷板”式沉积转换事件,是受到印度欧亚大陆碰撞的源汇格局影响。同样是通过国际大洋钻探航次岩心的研究,揭示出南海晚中新世红褐色绿灰色韵律层的成因,认为红层对应了间冰期时期深层水通风良好、水体偏氧化的沉积环境,而绿层则指示了冰期时期层化加强、水体偏还原的环境。西太平洋菲律宾海、南海和东海的案例研究还呈现上新世和第四纪的深海沉积过程及古环境与古气候的响应。 “深海生物地球化学过程”栏目收录6篇论文,研究了西太平洋、北印度洋和南大洋末次冰期至全新世沉积与生物地球化学过程,以及北冰洋和西太平洋生物地球化学的现代过程与气候变化。揭示日本海末次冰期以来的有机碳氮来源与表层生产力和沉积物氧化还原条件相关,受到海平面和全球气候变化制约;发现孟加拉湾东南部末次冰期以来的硅质生产力一直处于相对较高的水平。现代过程的航次调查发现,楚科奇海陆架中心区在融冰期的硅浓度极低,是太平洋入流水所携带硅酸盐年通量的一半;热带西太平洋沉积物中的磷脂脂肪酸总量在有氧呼吸过程中最高,而硝酸盐还原过程中最低,指出其对沉积物矿化的指示作用。 “深海沉积与快速气候变化”栏目收录6篇论文,研究了大西洋、西太平洋和南大洋全新世至现代过程的气候变化及其对沉积过程影响。通过对地中海全新世陆源碎屑的地球化学分析,揭示副热带高压与西风带在全新世地中海的交互界限,识别出北非利比亚突尼斯地区的古河道在非洲湿润期被重新疏浚、激活的历史。通过西太平洋暖池核心区的沉积岩心研究,揭示晚更新世以来暖池冰期旋回中类厄尔尼诺南方涛动（ENSO）状态的演化规律及其与东亚季风的关系。通过对西南极阿蒙森海的沉积记录研究,提出中全新世以来西南极海域的气候变化受到日照强度变化和大气环流变化所控制。案例研究还显示：现代暖期（1850年至今）影响南海海底天然气水合物稳定性,释放的甲烷可能会加重海水酸化;海底泥火山活动泄漏的烃类流体,可能是南海东沙海区深水珊瑚食物的主要来源。 最后,需要特别说明的是,深海沉积与全球变化主题的内容非常多,本专辑论文涉及到的科学内容仅是冰山一角,但希望以此推动全球变化的深入研究。衷心感谢所有作者、审稿专家和编辑部同仁为本专辑出版付出的辛勤劳动！     

东北印度洋源汇过程及古环境与古季风演化

东北印度洋地理位置独特,其沉积物记录了青藏高原隆升及孟加拉扇的“源-汇”过程、印度季风与东亚季风的“海-气”交互作用、印-太暖池热传输的演变与高纬气候之间的相位关系等关键信息,是喜马拉雅地区“构造-气候-沉积”耦合演化的良好记录载体,是探讨多圈层相互作用、探索古气候与古环境演化的理想“窗口”。本文系统总结了近年来有关东北印度洋季风与表层环流特征、沉积物组成及物源、气候环境演化以及环境磁学记录等方面的研究进展。分析表明,东北印度洋为典型的季风风场,表层环流受季风影响强烈,夏季和冬季环流差异明显。沉积物类型丰富,包括河流输运而来的陆源碎屑、钙质和硅质为主的生物沉积以及火山物质等。但目前对于该区域的沉积物的具体组成、“源-汇”过程、迁移历史、季风演化与青藏高原隆升、高纬气候变化之间相互关系等方面的认识尚存在较大的分歧。同时,受样品获取难度大、磁学信号稀释严重等因素的限制,环境磁学作为一种在示踪沉积物物质来源、恢复古气候和古环境等方面被普遍认可的技术手段,在东北印度洋区并没有得到充分的发挥与应用。因此,未来需要在前人研究的基础上,将目光向东北印度洋更南、更深处延伸,对其“源-汇”过程进行全面分析。在研究方法上进一步拓展,采用更高精度的技术手段提取磁学信号,加大环境磁学的应用,寻找有效的替代性指标,解决该地区季风演化、古海洋环境变化等气候环境问题,为该地区环境气候研究提供新认识。并尝试开展地磁场长期变化(paleosecular variation, PSV)研究,建立东北印度洋的PSV记录,辅助修正全球地磁场模型,探究地球深部动力过程。     

白垩纪至早第三纪的极端气候事件

地球科学界正在将预测未来气候变化的研究重点放到地球过去突然发生的气候变暖事件。白垩纪至早第三纪发生的极端气候事件被认为是最接近于现今的地球系统,对其研究有利于理解现今地球系统过程在碳循环快速搅动时的响应。这些气候事件主要包括：古新世-始新世最热事件（PETM,～5 5 MaBP）、早阿普第晚期和森诺曼-土仑界线的大洋缺氧事件（OAE1a,～120 Ma;OAE2,～93．5 MaBP）。PETM事件是中白垩世以来一次突然变暖事件,在10 ka年以内深海温度增加～5 ℃,表层海水温度增加 4～8 ℃,而δ¹³C至少发生 3．0‰的负偏移。目前普遍认为PETM事件是由于海洋气水化合物（CH₄）的巨量释放造成的。大洋缺氧事件（OAEs）记录了海洋环境下有机质的大量埋藏,代表了碳循环和海洋生物系统的重大搅动事件。综合大洋钻探计划（IODP）将极端气候确定为优先研究领域,将采取特定的钻探策略,在世界大洋范围内获取最低限度蚀变的新生代至白垩纪沉积物,研究精度要求达到米兰柯维奇的天文调谐时间尺度,其最终目标是定量描述过去全球气候变化,并为未来气候变化预测提供依据。     

华南成冰纪“大塘坡式”锰矿沉积成矿作用与重大地质事件的耦合关系*

华南地区成冰系大塘坡组锰矿近年来在找矿勘探方面取得了突破性进展,同时,由于该套锰矿在时空分布及成矿背景上的特殊性,长期以来都受到研究者关注,累积了大量研究成果。在系统性总结大塘坡组锰矿研究成果的基础上,结合新元古代全球大地构造、古气候演变、古海洋环境变化及微生物演化等重大地质事件的最新研究进展,综合分析了华南成冰纪大规模锰沉积成矿作用与这些重大地质事件之间的联系。从新元古代中期开始,罗迪尼亚(Rodinia)超大陆的裂解在全球范围内形成了广泛分布的裂谷盆地系统,以中国南方南华盆地为代表的成锰盆地即是在裂谷盆地基础上发展而来的。裂谷盆地系统为锰矿沉积提供了必须的容矿空间,决定了其展布规律,并且盆地底部的热液系统为锰质输入盆地提供了必要途径。新元古代冰期(“雪球地球”)事件中覆盖全球的冰川系统切断或阻碍了地球各子圈层的物质与能量交换,可能导致冰期海洋缺氧状态的广泛出现。而冰期—间冰期的古气候变化使冰盖消失,海—气循环与海水圈层循环重新启动,随之而来的是古海水氧化还原条件的改变。针对南华盆地而言,表层海水的氧化及可能存在的含氧底流为锰矿沉淀提供了所需的氧化环境。此外,新近的证据表明间冰期微生物复苏背景下的锰微生物成矿作用可能是锰矿形成的重要机制。以上这些重大地质事件之间具有复杂的相互联系,同时它们也为“大塘坡式”锰矿沉积成矿作用提供了必不可少的成矿控制条件。因此, 华南成冰纪“大塘坡式”锰矿沉积成矿作用与新元古代重大地质事件间存在耦合关系。     

长江中下游成矿带铁-铜成矿系统结构的地球物理探测: 综合分析

成矿系统是在深部过程驱动下形成的、具有自组织的能量及物质迁移-汇聚系统。系统在形成和演化过程中,在岩石圈不同尺度上留下“痕迹”,这种“痕迹”可以通过地球物理、地球化学和遥感等方法进行探测或观测。文章尝试在成矿系统理论框架下,对近10多年来在长江中下游成矿带进行的多尺度地球物理、地球化学探测结果进行分析,识别典型陆内成矿系统“源区”“通道”“场所”的地球物理、地球化学“痕迹”,尝试构建陆内成矿系统的空间结构模型。主要结论有:(1)长江中下游晚中生代的大规模铁、铜多金属成矿作用是一个完整的成矿系统。该系统包括3个子系统,分别为与高钾钙碱性岩浆岩有关的夕卡岩-斑岩成矿子系统、与橄榄安粗岩有关的陆相火山岩铁(硫)成矿子系统和与碱性岩有关的铜-金(铀)成矿子系统。(2)成矿系统的“源区”来自富集地幔的熔融、底侵,并在壳/幔边界与下地壳物质的混合,具有多级分布特点。幔源岩浆与地壳物质混合的比例决定了成矿金属的类型。(3)成矿带发育的“鳄鱼嘴”构造是铁铜成矿系统的主干“通道”。成矿系统“末端”矿质沉淀的“场所”主要受近地表褶皱、断裂、层间滑脱断层,以及由它们形成的断裂(裂隙)网络控制。(4)区域磁异常、放射性和地球化学异常是成矿系统残留“痕迹”的响应和“标识”。通过分析不同尺度的“标识”特征,可以深入认识成矿系统的空间结构,并可用于深部成矿预测。     

A Study of Global Change Population and Economic System Risk Forming Mechanism and Assessment

Global climate change featured with warming has created serious challenge to world sustainable development and human security. It has become an important consensus of the international society to assess global change risk at the global scale and carry out tailored governance and risk-based adaptation. National Key Research and Development Program “Study on global change population and economic system risk forming mechanism and assessment” aims at quantitatively predicting future global climate change and population and economic system exposure and vulnerability change, developing global change population and economic system risk assessment model based on complex system dynamics, synthesizing risk assessment model with proprietary intellectual property rights, assess global change population and economic system risk of the near and mid future at the global scale, and compiling the atlas of global change population and economic system risk. The outcomes intend to serve the participation of global risk governance and international climate negotiation, and to provide scientific support to the implementation of international disaster risk reduction strategy.     

运用开合旋构造观探究地球内部是如何运行的

地球上一切物质都是做开合运动的。以热力(热能)驱动物质上浮运动定义为开;以重力(势能)驱动物质下沉的运动定义为合。开合运动具有垂直开合与水平开合的同步统一性和开合相互依存、相互对立、相互转化两个重要特性。因而在旋转运动的统领和调剂下,将所有地球物质、构造、能量等从无序状态转化到有序状态,最后建成了动态稳定平衡的开合旋构造体系。所以,动态稳定平衡体系的形成、破坏、修复不断旋回式演化就是研究地球内部运行的基础和有效方法。为此,我们在垂向上划分了8个开合构造旋回和地壳(球面)开合构造体系,组成了地球四维运行系统。动态稳定平衡体系的建立是遵循重力均衡准则、最小内能原理(结晶化)、几何优选方位(垂直地心)生长和横向物质均匀化4条自然规律的长期作用而实现的,其中重力均衡是主导的。大约40亿年时,地幔岩石圈形成,它像一个球形锅盖盖住热地球,初步建成了稳定的开合旋构造体系,使地球长期进入动态稳定平衡发展阶段。尔后,每次重大地质事件(失衡运动)就是把岩石圈地幔捅个窟窿或撕开一条裂缝,破坏该地区的开合平衡。旋转运动和开合运动迅速将其恢复达到新的平衡,从而构成一个开合旋回,目前地球已经历了8个大旋回。板块构造仅研究最新4个旋回的岩石圈地幔是如何被捅破及被修复的规律并总结相关的理论,因而它在时间上和空间上都有局限性,不属于全球构造。地球类比为一个生命体,其运行系统中的内部结构和功能比较齐全:包含有开合运动、旋转运动和失衡运动组成的运动系统;起“血液”作用的地质流体、贮存和制造“血液”的“心脏”——地核和联系各种“血液”的地幔柱组成的“血液”系统;以重力均衡为准则,由四个重力均衡面、四个开合转换带和球面两条质量均衡线构成的地球平衡系统。由于开与合的转换具有自发形成和自我调剂的功能,所以开与合相互依存、相互对立、相互转化,是地球内部运行体系基本的动力机制和主要的动因。开合转换的本质是热能和势能的转换,驱动失衡运动的主要内因是高温、高压流体超临界爆裂;主要外因是陨击作用。     

Interdecadal Relationship between the East Asian Summer Precipitation and Global Sea Surface Temperature Anomalies

This study investigated the decadal relationship between the East Asian (EA) summer precipitation (EASP) and global sea surface temperature anomaly (SSTA) patterns. Maximum covariance analysis (MCA) was used to identify the coupling relationship between EASP and global SSTA. Four leading coupling modes were identified by MCA and they explained 27.7%,12.5%,8.9%,and 7.3% of the total variance, respectively. The spatial pattern of EASP of the first leading mode exhibited more-than-normal precipitation in most regions of EA. The second mode of EASP depicted a north-south “-+-” tripole pattern. The third one showed a “wet south and dry north” pattern, and the fourth mode exhibited a north-south “+-+” tripole pattern. The four coupling modes were suggested to be modulated by the global warming, Pacific Decadal Oscillation (PDO), Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO), and North Pacific Gyre Oscillation (NPGO), respectively.The atmospheric processes and mechanisms underlying such modulations were also investigated. In the first coupling mode, global warming was favorable for increasing water vapor and precipitation over most parts of EA. In the second mode, PDO weakened the EA summer monsoon circulation, and it decreased precipitation in northern and southern EA regions and increased precipitation in the central EA region. The third mode was affected by AMO, which displaced the EA trough southward and weakened the convective activity over the northern EA region, thus leading to deficient precipitation in northern EA region. In the fourth mode, the EA summer monsoon was strengthened by NPGO, thus increasing precipitation in the northern and southern regions and decreasing precipitation in the central region.     

Research on the Global Warming Hiatus

A global warming “hiatus” has been observed since the beginning of the 21st century despite the increase in heat-trapping greenhouse gases, challenging the current global warming studies. Focusing on the phenomena and mechanisms of the global warming “hiatus”, the National Key Research Program of China launched a project in July, 2016. The main research themes of this project cover: ①Revealing the spatial and temporal variability of the global warming hiatus, and quantifying the contributions of external forcing and internal (natural) variability, respectively; ②Revealing the role of the atmosphere in the global heat and energy redistribution under global warming hiatus; ③Revealing the role of the ocean in the global heat and energy redistribution under global warming hiatus; ④Investigating the predictability of the global warming hiatus. The key scientific issues to be resolved include: ①Identifying characteristics of the global warming hiatus and discerning the roles of decadal, multi-decadal oscillations; ②Revealing the role of ocean-atmosphere dynamical processes in the global redistribution of heat and energy; ③Understanding the predictability of the global warming hiatus. The research aims to predict the future development of the global warming hiatus, and to point out the possible impacts on China and other important areas, including “The Belt and Road” core area and the Polar Regions.     

国际大洋钻探全球海平面变化研究进展

国际科学大洋钻探计划对全球海平面变化问题的关注始于1980年代初,至今已在被动大陆边缘、孤立碳酸盐台地、混积台地边缘、平顶海山等不同类型海区执行了23个与海平面变化相关的专题航次,采集了大量的钻探资料,为全球海平面变化研究提供了关键信息。依据这些资料,重建了近100 Ma以来的全球海平面变化历史,检验了Exxon的层序地层模型和海平面假说,明确了海平面变化的地层响应,建立了南极冰盖演化与海平面变化的关系。尽管如此,科学大洋钻探海平面变化研究仍存在一些不足,如钻探区的地域代表性还不够多,全球海平面变化信息提取时难以消除其他地质因素(如构造沉降)的影响,海平面变化记录的精度有待提高,多种因素作用下地层结构对海平面变化的响应还需进一步研究,海平面变化机制特别是冰盖动力学对海平面变化的影响及暖期海平面变化的原因还认识不清。在当今气候变暖的大背景下,这些问题的解决有助于提升未来海平面变化趋势预测的可靠性。     

加利福尼亚洋流北区早更新世以来似太平洋年代际振荡的微体化石记录

加利福尼亚洋流系统(CCS)是东北太平洋一股十分重要的边界流,在全球海气交换过程中具有重要地位。CCS的海洋-大气变化尤其是涌升流的强弱变化,在年代和多年代时间尺度上的变化主要受太平洋年代际震荡(PDO,20~30年周期)的控制。为了解CCS北区早更新世以来涌升流强弱变化规律及其主要控制机理,本文分析了国际大洋钻探1020B(CCS北区南部41°N)和1245B(北部44°N)钻孔钙质超微化石和硅藻化石等记录。结果显示,多半时间段的记录具有冰期和间冰期旋回的变化;其中超微化石的高含量见于间冰期,而硅藻高含量对应于冰期。这两类化石在沉积物中的含量变化显示出时间尺度长约0.5 Ma的3个阶段:早更新世(1.5~1.1 Ma)两个孔以超微化石含量高为特征;中更新世(1.1~0.65 Ma)两孔中的超微化石和硅藻化石含量相对较高,但它们在两个孔的变化趋势不同;晚更新世(0.65 Ma)以来,南部1020B孔超微化石含量高且出现频率高于硅藻化石,而北部1245B孔以硅藻化石含量较高且持久出现为特征。本文提出了该区涌升流受长周期“似太平洋年代际振荡模式”和“似北太平洋环流振荡模式”控制的假设。早更新世(1.5~1.1 Ma)主要受到持续的似PDO正位相 (似+PDO,表层海水温暖)的控制,涌升流弱,海水中碳酸盐离子丰富,利于颗石藻骨骼钙化形成颗石和颗石产量高,沉积物中超微化石含量高。中更新世过渡期(MPT,1.1~0.65 Ma)受到似PDO负位相(似-PDO,海水表层水体冷、涌升流强、海水pH值低,硅藻生产力高,沉积物中硅藻化石含量高)与似+PDO的交替影响。晚更新世(0.65 Ma)以来,南部1020站位受到似-PDO/似-NPGO?的交替控制,但似-NPGO?的强度和出现频率均大于似-PDO,因此超微化石含量和出现时期比硅藻多;北部1245站位则仅受似-PDO的持续性控制,涌升流较强且持续时间长、沉积物中硅藻化石几乎持续出现且含量较高。MPT时期以硅藻化石含量在1.1 Ma突然增加(南部增加3倍,北部5倍)为起始点,以0.65 Ma时超微化石含量突变(南部增加3倍,北部降3倍)为终止点。本文认为MPT起止点化石含量的突变,是古海洋和气候环境突变的结果,也意味着长时间尺度的似PDO的正负位相之间的转换变化可能是突变过程。MPT时期CCS北部区域内出现了南部和北部站位硅质和钙质两类化石含量变化趋势相反的记录,指示着这一时期该区的古海洋和气候条件出现了地理上的南北分异,并且自0.65 Ma以来南北两个站位控制模式不同。本文的这些记录为CCS区现代海洋-大气过程和生物地理分区大致以40°N为界的研究提供了早更新世以来的历史记录。     

中国湖泊分布特征及典型流域生态保护修复建议

湖泊是地球关键带的重要组成部分,是水循环、物质循环和能量循环的重要环节。为了解我国湖泊分布现状,依托中国地质调查局“生态地质调查工程”及其所属二级项目“全国地球关键带遥感地质调查”,利用Landsat8 OLI 等卫星影像数据,通过遥感解译等技术方法,识别了2018年我国境内(不包括香港、澳门与台湾地区)面积大于1.0 km²的湖泊2 780个,总面积78 727.9 km²; 研究统计并分析了我国各省/自治区、五大湖区、主要流域的湖泊数量、面积和分布特征; 针对典型区域的湖泊存在的生态问题进行分析,提出相关湖泊生态保护修复的相关建议。其中,北方农牧交错带湖泊大量萎缩干涸,主因是农业和畜牧业的发展,地下水超采严重,应着力减少地下水开采; 黄河流域人工湖建设存在无序发展、过度追求景观水面扩张等问题,应遵从水循环与水平衡自然规律,针对全流域水资源配置进行调控; 长江源区湖泊水面整体处于扩张状态,应以自然因素为主、人类活动干扰触发为辅,加强冻土变化过程以及主要河流的水生态、水环境监测,综合提高源区整体监测水平。研究成果为后续湖泊生态保护修复研究工作提供了参考。     

青藏高原气候变化的若干事实及其年际振荡的成因探讨

利用1961-2012年青藏高原88个气象台站逐月气温、降水以及温室气体等气候系统监测资料和CMIP5输出的未来气候变化情景数据,分析了近52年来青藏高原气候变化暖湿化的若干事实,揭示了其年际振荡与温室气体、高原加热场、高原季风、AO等气候系统因子的关系,预测了未来20~40年青藏高原可能的气候变化趋势。研究表明：近52年来青藏高原在总体保持气候变暖的趋势下自2006年以来出现了某些增暖趋于缓和的迹象,较全球变化滞后了8年左右;降水量的增加在青藏高原具有明显的普遍性和显著性,气候变湿较变暖具有一定的滞后性,降水量变化的5年短周期日趋不显著,而12年、25年较长周期逐渐明显且仍呈增多趋势。由于温室气体、气溶胶持续增加、高原夏季风趋强、ENSO事件和太阳辐射减少,青藏高原气候持续增暖但有所缓和;春季高原加热场增强、高原夏季风爆发提前且保持强劲,使得高原春、夏季和年降水量增加,而秋、冬季AO相对稳定少动,东亚大槽强度无明显变化,高原冬季风变化不甚显著,导致了高原秋、冬季降水量无明显变化。未来20~40年青藏高原仍有可能继续保持气温升高、降水增加趋势。