末次冰消期以来南大洋深部流通性与大气pCO2 的关系及其控制机制

末次冰消期时,南大洋深层水流通性增强和大气CO_2分压(大气p_(CO_2))升高存在密切联系。该时期南大洋深部流通性增强的同时会伴随着大气与大洋环流模式的一系列变化,例如南半球西风带(Southern Hemisphere Westerly Winds Belt,SWW)位置和强度以及大西洋经向翻转流(Atlantic Meridional Overturning Circulation,AMOC)强度的变化。一些关于控制南大洋流通性变化机制方面的研究发现,SWW的经向摆动可对南大洋深部流通性产生强烈影响。末次冰消期时SWW南移,会强化南大洋风驱上升流,增强南大洋的通风。另一些研究认为AMOC变化对南大洋深部流通性具有更为强烈的影响,末次冰消期时北大西洋深层水(North Atlantic Deep Water,NADW)生成减弱导致AMOC强度减弱,这一过程使得NADW与绕极深层水(Circumpolar Deep Water,CDW)的混合边界北移,从而减弱南大洋水体成层化,增强了南大洋深层水上涌。上述2种模式均可能引起南大洋深部流通状况的改变,并最终导致冰消期大气p_(CO_2)上升。除SWW与AMOC驱动南大洋深部流通状况的改变之外,最新研究发现南大洋罗斯海似乎可以通过其自身底层水的北向扩张与极向退却进一步影响南大洋深部流通状况。总的来说,控制南大洋深部流通状况的并非单一机制,SWW与AMOC以及罗斯海底层水等诸多因素在控制南大洋流通状况变化的同时也会以不同的方式在一定程度上积极的响应大气p_(CO_2)的变化。     

基于再分析数据的南大洋区域Ekman流时空分布规律研究

南大洋Ekman输运是全球大气-海洋耦合气候系统的重要组成部分,对该区域Ekman动力过程的研究极为重要。首先基于实测数据和文献资料,对GEKCO2(Geostrophicand EkmanCurrent Observatory2)产品提供的Ekman流数据进行了评估,验证了数据的有效性;并结合CCMP(cross-calibratedmulti-platform)、ERA5(thefifthgenerationEuropeancentreformedium-range weatherforecastsatmosphericreanalysis)风场数据,采用经验正交函数分析法(empiricalorthogonal function,EOF)等方法分析了2010—2018年南大洋Ekman流的时空变化规律。结果表明:(1)南大洋Ekman流速集中在9—11 cm/s,且具有很强的月际变化特征(7月最强, 12月最弱);(2)南大洋40°S以北海域是Ekman流速随时间变化较大的区域;(3)南大洋Ekman流速的EOF分析显示:第一模态和风场存在较强的相关性,表现为流速在整体上同时增强或减弱;第二模态和南半球中高纬大气环流存在较强的相关性,表现为以50°S为界南北流速反向变化;(4)Ekman流左偏角度集中在60°—75°,其中概率密度最大值处所对应的角度为67.5°。通过矢量相关分析,得到30°—35°S海域的平均偏角存在月际变化。南大洋的Ekman动力过程对海洋环流和全球气候系统具有重大影响,本文对于进一步理解南大洋的Ekman过程具有一定的参考价值。     

基于文献计量分析的南大洋生态环境研究现状与展望

南大洋是目前受人为活动干扰最少的区域,在平衡全球气候变化、维持生物多样性方面扮演了重要角色。由于其独特的自然条件和地理区位,各国学者自20世纪90年代起就开始对南大洋生态环境进行深入研究。为厘清全球范围内的南大洋生态环境研究现状、预测未来研究趋势,本文采用文献计量学的研究方法,统计了Web of Science核心数据库中已发表的南大洋生态环境相关研究论文,共获得有效论文7 491篇。基于VOSviewer软件分析了1990—2020年间关于南大洋生态环境的论文发表数量、发表机构、发表期刊、核心作者及主要研究主题,结果表明：(1)南大洋生态环境的相关研究逐年增加,1997年《京都议定书》的签订及其2005年的正式生效是南大洋生态环境研究数量明显上升的时间节点;(2)美国是南大洋生态环境研究的领军国家,拥有3个发文数量排名前十的科研机构;英国和澳大利亚也是南大洋生态环境研究的主要国家,其科研机构发文数量排名靠前;中国的南大洋生态环境研究起步较晚,目前仍处于追赶阶段,但与欧美国家的差距正逐步缩小;(3)30年间南大洋生态环境的主要研究领域包括“气候变化”“浮游植物”“南极磷虾种群”“海洋生...     

我南大洋磷虾资源考察与开发预研究取得国际领先水平

由中科院海洋研究所承担,与国家海洋局二所、农业部东海水产所、青岛海洋大学共同完成的“八五”国家重点科技攻关项目“南大洋磷虾资源考察与开发预研究”成果,日前由国家海洋局南极办组织的专家通过验收。南极磷虾是南大洋生态系统的关键成员,它的种群动态影响着南大洋生态系统的动态变化,后者又制约着南大洋生源要素的生物地球化学循环,关系着全球变化。南极磷虾是现已     

IPCC气候情景下全球海平面长期趋势变化

利用CCSM3 (Community Climate System Model version 3)气候系统模式模拟20世纪海平面变化,在IPCC SRES A2 (IPCC,2001)情景假设下预测21世纪全球海平面长期趋势变化。模拟显示20世纪海平面上升约4.0 cm,且存在0.004 8 mm/a2的加速度,这个结果仅为热盐比容的贡献。在A2情景假设下,21世纪海平面上升存在很大的区域特征,呈纬向带状分布;总体上北冰洋上升大,南大洋高纬度海区上升小,大西洋上升值比太平洋的大;整个21世纪全球平均比容海平面上升了约30 cm,且呈加速上升的趋势。同时发现,中深层水温度和盐度变化对区域比容海平面变化具有重要贡献。北太平洋增暖主要集中在上层700 m以内,而北大西洋的增暖可达2 500 m的深度,南大洋南极绕极流海区热盐变化则是发生在整个深度。     

环南极救世涡旋

南大洋是世界上第五个被确定的大洋，也是唯一一个完全环绕地球、没有被大陆分割的大洋。南大洋围绕着南极大陆，从地理上看属于太平洋、大西洋和印度洋南部的海域，以前一直被看作是太平洋、大西洋和印度洋向南极大陆的延伸，后因在那里发现了重要的不同洋流，国际水文地理组织才于2000年将其确定为一个独立的大洋。但由于南大洋不存在一个独立的大洋中脊，因此将它划作一个大洋是否恰当仍存在争议。又因其所处的特殊地理位置及其在极地和全球气候变化中所扮演的重要角色，使得南大洋成为研究海气相互作用和全球气候变化的一个重要地理单元。     

东南极冰-海相互作用研究进展

南大洋海冰过程是全球气候变化的重要因子之一。它的季节变化显著,覆盖面积变动于夏季（２月）的４×１０~６ｋｍ２和冬季（９月）的２０×１０~６ｋｍ２之间。由于南大洋冰面积的变化幅度如此之大,因此其季节变化对于气候变化的影响在重要性上仅次于北半球雪域的季节性变化。海冰主要通过３种特定方式影响气候：（１）海冰影响表面反射率,限制了极地大气与海洋间的直接接触,从而改变表面热平衡;（２）海冰改变了温度的季节循环,秋季冻结释放潜热,春季融化吸收热量,推迟了温度极值的出现;（３）海冰的运动产生了一个向赤道的负的盐…     

南大洋混合层的时空变化特征

过去对南大洋的研究受限于长期观测的缺乏,而现在地转海洋学实时观测阵(Arrayfor Real-timeGeostrophicOceanography,Argo)项目自开始以来持续提供了高质量的温度盐度观测,使系统地研究南大洋海洋上层结构成为可能。本研究使用2000—2018年的Argo浮标观测数据,分析了南大洋混合层深度(Mixed Layer Depth, MLD)的时空分布特征。结果表明:南大洋混合层存在明显的季节变化,冬春两季MLD在副南极锋面北侧达到最高值并呈带状分布,夏秋两季由于海表加热导致混合层变浅,季节变化幅度达到400m以上;在年际尺度上,MLD受南半球环状模(Southern HemisphereAnnularMode,SAM)调制,呈现纬向不对称空间分布特征,这与前人结果一致;本文指出在所研究时段,南大洋混合层在90°E以东,180°以西有加深趋势,而在60°W以西,180°以东有变浅趋势,显示出偶极子分布特征,并且这种趋势特征主要是风场的作用。     

南极海冰的时空变化规律及航行条件

南极海冰时空发展变化的主要规律取决于世界大洋南极区域的自然地理特征。南极表层水的变淡是主要的自然地理因素之一。变淡的海水能决定南极表层水垂直结构的特点(即有强活动层和弱暧舌)。由于这种原因,提高了大洋上层吸收太阳能的能力,增加了大洋的热含量。此外,参入与大气热交换的大洋热量的多少、南极冰反照率的变化、雪覆盖层等因素都会影响南极海冰的时空发展变化规律。观测到的南大洋海冰实况完全证实了这一点。在全年中,流冰的最大发展是在9月份,平均面积为1930万平方公里,最小发展是在2月份,只有320万平方公里,在流冰面积增加(7个月)和减少(5个月)的年变化中存在着明显的非对称性。 冰情时空变化规律(作为冰情和航行条件的主要指标)决定于大洋活动层聚集力和密跃层稳定性。     

基于高度计观测和模式数据诊断南大洋主要锋面与涡旋的特征

锋面和涡旋是南大洋重要的中尺度过程,南极绕极环流(Antarctic Circumpolar Current,ACC)系统中的锋面及其裹携的涡旋构成了能量和物质的东向传播通道,对全球大洋的能量和物质平衡具有重要影响.基于海表高度计和B-SOSE(Biogeochemical Southern Ocean State E...     

全球变暖背景下基于Non-Boussinesq POP模式对海平面高度的模拟和预估

用Non-Boussinesq POP模式和1986—2005年SODA再分析资料的海表面温度、盐度和风应力,模拟了1986—2005年间的全球海平面变化,并根据RCP4.5和RCP8.5两种代表性浓度排放情景下未来气候变化趋势的预测,对未来一个世纪的海平面变化进行预估,在仅考虑热膨胀的前提下,得到了如下结论:(1)在过去20 a间,全球平均海平面高度上升了56 mm,上升较大的海域主要为西北太平洋、南太平洋中部和南大西洋;(2)到2100年,RCP4.5情景下全球平均海平面上升0.36 m,RCP8.5情景下全球平均海平面上升0.43 m;(3)未来海平面变化较大的海域包括西北太平洋、西南太平洋、西南大西洋和印度洋,南大洋、北大西洋和赤道太平洋海平面变化相对较小。     

南极的鱼类

世界各大洋中总共有20000多种鱼。冰山林立、浮冰成群的南大洋有沒有鱼?这是令人很感兴趣的问题。近年来的研究结果表明,南极周围的南大洋中,栖息着100多种鱼。与世界其他各大洋相比,南大洋中鱼的种类并不多。而且,这些鱼的个体也很小,一般体长几     

南大洋古环流研究方法综述

南大洋海洋环流系统由南极底层水AABW、南极绕极流ACC、南极表层水AASW、绕极深层水CDW组成,它们在全球气候调节中扮演重要角色。随着科考技术的进步,有关南大洋古环流研究越来越多,研究主要集中在温度、盐度、流向和影响作用等方面。研究侧重内容不同所采取的手段和方法也有差别,南大洋古环流研究方法包括古生物法、地球化学法、数值模拟、沉积法、实测资料等。本文就这些研究方法做一简单综述,以期强调南大洋在全球大洋历史中的作用。     

自然资源部海洋大气化学与全球变化重点实验室在南大洋生源硫循环研究中取得新进展

最近,第三海洋研究所自然资源部海洋大气化学与全球变化重点实验室颜金培副研究员课题组在南大洋生源硫海-气转化过程及气溶胶生成机制研究中取得新进展,研究成果以“Uptake selectivity of the methanesulfonic acid(MSA)on fine particles over polynya regions of the Ross Sea,Antarctica(南极罗斯海冰间湖区细颗粒物对甲磺酸吸收的选择性)”为题发表在《Atmospheric Chemistry and Physics》期刊上(https://doi.org/10.5194/acp-20-3259-2020),该期刊为国际大气科学领域重要期刊之一(1区,影响因子5.67)。     

南大洋生物资源调查

南大洋是指南极大陆周围的水域。南大洋中栖息着大量的海洋生物,储藏着丰富的生物资源。它正吸引着世界各国科学家去勘探、了解和开发利用。目前已经制定了一个南大洋生物系统和贮藏量国际调查计划,简称为BIOMASS计划。     

全球珊瑚礁监测与管理保护评述

综述了全球珊瑚礁监测成果与管理保护新战略。从20世纪80年代末以来世界珊瑚礁受到普遍关注,催生了以全球珊瑚礁监测网络、全球珊瑚礁考查和全球珊瑚礁数据库为主的全球珊瑚礁监测体系,并从1998年起每2年出版世界珊瑚礁现状报告。到2004年为止,全球珊瑚礁已损失20%,另外的50%受到不同程度的威胁。全球变化影响可能超过人类活动影响,但未来情况有很大不确定性。全球珊瑚礁图集提供了最新面积资料。珊瑚礁管理保护必须采取维持礁系统的弹性、避免衰退相转移和维持礁生物关键功能组、扩大完全保护区面积等新战略。中国是世界珊瑚礁大国,应该为世界珊瑚礁保护作出贡献。     

利用南极走航观测评估卫星遥感海表面温度

利用1989-2005年间南极走航观测的海表面温度,对目前3个主要的卫星反演的SST产品AVHRR(Advanced Very High Resolution Radiometer),TMI(TRMM Microwave Imager)和AMSR-E(Advanced Microwave Scanning Radiometer for the Earth Observing System)进行了较为系统的评估,并着重检验了它们在南大洋的准确性.结果表明,AVHRR SST比观测数据偏冷,白天的偏差为-0.12℃,夜晚的偏差为-0.04℃,而且南大洋的冷偏差更为显著.TMI SST比观测数据明显偏暖,白天的偏差为0.48℃,夜晚的偏差为0.57℃,其温差ΔT受37GHz风速影响,在强风速(>6m/s)下这种影响仍然存在.AMSR-ESST比观测数据偏暖,白天的偏差为0.34℃,夜晚的偏差为0.27℃,而且南大洋的暖偏差相对较大.AMSR-E SST温差受水汽影响,并在南大洋随着水汽的增加而增加.通过进一步比较微波(AMSR-E和TMI)和红外(AVHRR)遥感的SST在2004年北半球冬季(即南半球夏季)的差别,发现微波遥感在热带(15°S-15°N)和南大洋区域(45°S以南)比红外遥感偏暖,而且在南大洋区域的偏差相对较大,相反在北半球中纬度区域(15°~40°N)偏冷.AMSR-E与AVHRR SST的温差,从白天到夜晚有减小的趋势,而TMI与AVHRR SST的温差无明显的变化.     

南极绕极流的经向输运

南极绕极流(ACC)是南大洋中最显著的流动，流量超过130×106m3/s (Nowlin et al.，1986)。传统认为，由于以东向运动为主的ACC的存在极大地阻碍了南大洋中上层的南北向物质和能量的交换，绕极流区的经向输运是非常小的。但是近些年的研究发现，穿过ACC的通量并不是可以忽略不计的，它对维持南极和亚南极区的动力和热力平衡起着重要作用，在全球气候系统中也有着深刻的影响(Doos et al.，1994)。     

普里兹湾及其邻近海区冰-海相互作用的数值研究 Ⅰ.模式

南大洋在全球气候系统中起着重要的作用,对世界大洋水团的形成有重要的影响。在世界大洋中,约有55%-60%的海水特性应当归结于南大洋的物理过程。目前,南大洋的研究已得到各国海洋学者的日益关注,进展较大。但是,对于地处印度洋扇形区的普里兹湾海区的观测和研究则相对较少,其结果的差别甚大。例如底层水形成问题,有些研究者认为这一海区的底层水主要来源于威德尔海和罗斯海,本区内对底层水的贡献即使有,也是非常小的(Smith et al.,1984; Mantyla et al.,1995)。而有些研究者则从观测资料中找到了底层水有可能形成的迹象。就目前研究的结果来看,有些年份,如1982年(Middleton et al.,1989),1987年(Woehler et al.,1988),1991年(乐肯堂等,1996)均发现了异常高盐的陆架水,它有可能与深层水混合而形成底层水。对于该海区的环流特别是深层环流迄今为止也是知之甚少。大多数研究是基于动力高度的计算结果( Grigor yev,1967;Smith et al.,1984,1993;Middleton et al.,1989),但他们给出的环流型式相互之间差异很大。这些差异的存在,虽然确有年际变化等因素,但也不能排除研究方法本身的局限。该海区地形复杂(图1),海冰有显著的季节变化和年际变化(Allison et al.,1993,1994),使得该海区的物理海洋状况非常复杂。南极地区由于环境恶劣,海洋观测集中在夏季,并且资料的连续性较差,因而使传统的研究方法受到很大限制。为了充分发挥有限的实测资料的作用,采用合理的动力学和热力学模式并利用数值方法求解模式方程,不失为一种有效的研究途径。迄今为止,这一海区的数值研究还很少,考虑热力学作用的模式则尚未见诸报道。本文将利用最新的资料和模式,并在模式中同时考虑动力学和热力学的作用,用以研究普里兹湾海区的环流与海冰的动力学和热力学过程。以往的研究发现、等密面分析是研究普里兹湾海区混合与环流的有效方法(乐肯堂等,1997),我们将采用国际上新近发展起来的一种基于等密面的数值计算模式,研究普里兹湾海区环流和海冰的季节变化。这一工作将有助于进一步解决该海区南极底层水的形成问题,因而对于深入认识该海区在南大洋环流系统以至全球气候系统中的作用有重要意义。     

极区海洋对全球气候变化的快速响应和反馈作用

分析了全球气候变化与极区海洋的相互作用;集成极区快速变暖促使极区海洋出现快速变化的各种现象,如海冰快速变薄和退缩,格陵兰冰盖严重融化,北冰洋和南大洋碳池的固碳能力下降以及极地海洋酸化等.研究提出:北冰洋夏季海冰覆盖面积快速退缩,海冰覆盖面积在2012年8月26日呈现了记录以来的最低值,有模型预测到2035年北冰洋夏季将会见不到海冰.格陵兰冰盖的消融对全球海平面的上升和大洋环流均会产生影响,格陵兰冰盖全部融化将会使全球海平面上升7 m.通过近10 a的观测发现极地海域对大气二氧化碳的吸收能力不升反降,海水对大气二氧化碳的吸收趋向饱和,南大洋和西北冰洋碳吸收能力变弱.有模式预测,到21世纪末,北冰洋表层海水pH值将会降低0.23～0.45,成为全球海洋酸化最严重的海区,而南大洋的表层海水二氧化碳浓度在21世纪下半叶或将超过600μatm的水平,极地海洋酸化对海洋食物链和生态系统的影响可能成为不可逆转的损害.这些极区海洋的快速变化将对全球气候变化产生反馈作用.