赤道西太平洋暖池中更新世过渡期的古海洋变化

通过对大洋钻探(ODP)第130航次807站A孔上部约25 m样品中所含浮游有孔虫的定量统计和鉴定,结合转换函数及稳定同位素分析,揭示了第四纪近1.6 Ma以来冰期旋回中赤道西太平洋的表层海水温度和温跃层深度的变化,为研究西太平洋暖池的变动提供了重要依据。研究表明,西太平洋暖池冬季表层海水温度在第四纪的冰期旋回中变化幅度超过了5℃,而温跃层深度自1.6 Ma以来有所变浅,进一步论证了西太平洋暖池的不稳定性。通过对暖池区和南海及赤道东太平洋的比较,发现南海南部和暖池的海水在第四纪具有较好的连通性,而南海北部则受季风控制影响较大;同时,赤道东、西太平洋及南海,自1.6 Ma以来温跃层深度都有不同程度的变浅。研究中发现中更新世过渡期(MPT)在许多古海洋学指标中都是一条重要的分界线,以此为界,对0~0.9和0.9~1.6 Ma两个时间段的暖池冬季表层海水温度、表层与次表层种浮游有孔虫氧同位素差值与地球轨道参数ETP分别作交叉频谱分析,结果显示暖池在响应全球气候转型的同时也表现出了低纬特有的热带气候变化的特征。     

新生代以来中国陆架海区的地层及环境演化:“大陆架科学钻探项目”的科学目标

"大陆架科学钻探"项目是由中国地质调查局发起、青岛海洋地质研究所实施的基础研究计划,于2011年启动。该项目拟根据不同的科学目标,分别在黄海、东海和南海陆架区实施晚新生代以来地层全取心钻探,建立黄海、东海及南海陆架区晚新生代以来的不同时间尺度的标准地层层序,开展我国陆架区晚新生代以来地质事件的高精度记录、古气候与古环境演化及东亚地区源汇过程等重大科学问题研究。藉此全面提升对中国陆架边缘海沉积与环境演化的认知水平,推动中国陆架海区地球系统科学研究方面的突破。     

赤道太平洋温度、流场距平EOF分析及与厄尔尼诺的关系

利用EOF分析方法,讨论了最近20a赤道太平洋次表层温度、纬向流距平与厄尔尼诺的关系.结果表明:赤道太平洋海温距平EOF分析第一、二主分量占总量的近80%,其中第一主分量类似于厄尔尼诺模态,第二主分量类似于暖池模态;后一模态存在着突变和渐变两种过程,其中由冷位相变暖位相过程为渐变过程,而暖位相变冷位相过程为突变过程.厄尔尼诺事件是赤道西太平洋暖池突变过程的结果.赤道太平洋纬向流距平EOF的第二主分量代表赤道西太平洋潜流和东太平洋南赤道流的变化,这个模态存在着半年左右的振荡和与厄尔尼诺同位相的年际振荡两种频率.另外,它还存在明显的年代际变化.赤道西太平洋潜流和东太平洋南赤道流减弱是产生厄尔尼诺的必要条件.统计回归分析表明,赤道太平洋海温距平和纬向流距平EOF的第二特征向量的时间系数对厄尔尼诺和拉尼娜均有一定的预报意义.     

70万年以来西太平洋暖池区硅质生产力记录及其气候效应

西太平洋暖池(WPWP)的硅质生产力水平在调节第四纪全球大气CO₂分压的变化上发挥着重要作用,但其控制因素尚存争议。本研究对位于WPWP核心区的MD06-3047岩芯进行了生源蛋白石分析,探讨了700 ka以来WPWP的硅质生产力的控制因素及气候效应。研究发现,700 ka以来WPWP硅质生产力变化呈现显著的冰期-间冰期旋回,基本在冰期较高,间冰期较低。其主要控制因素可能是东吕宋陆架沉积物风化输入、亚洲风尘输入和温跃层深度(DOT)变化。南大洋中层水的“硅溢漏”可能无法对此海区产生显著影响。冰期时的低海平面,导致热带火山弧附近裸露的陆架沉积物的物理剥蚀和硅酸盐风化,淡水输入为WPWP提供了更多的硅酸;冰期时增强的风尘供应为WPWP提供了更多的Fe;冰期时较浅的DOT使表层海水的营养物质垂向空间变小,滞留时间增多。这些因素使冰期的WPWP生产力增高,有可能降低了大气CO₂分压。     

中更新世气候转型期西太平洋暖池的表层海水温度和氧同位素变化

通过对大洋钻探(ODP)第130航次807站A孔井深12.54～16.38m沉积物中浮游和底栖有孔虫的稳定同位素δ18 O以及浮游有孔虫壳体的Mg/Ca测试,揭示了中更新世气候转型期(800～1 000kaBP)西太平洋暖池表层海水温度和氧同位素的变化。研究发现,中更新世时期ODP 807站的表层海水温度在25.1～30.9℃之间浮动,平均为28.4℃,接近现代暖池区实测温度值,冰期/间冰期之间的温度差值在1.5～5℃左右,与晚第四纪时的温差相近;同时,表层海水温度和底栖有孔虫氧同位素呈现同步变化的趋势,没有明显的超前或滞后的相位关系,区别于前人在暖池区的研究结果。间冰期时,表层海水温度上升伴随着温跃层变深、盐度降低,与现代西太平洋暖池La Ni珘na状态类似;冰期时则类似于El Ni珘no状态。中更新世气候转型期,西太平洋暖池的表层海水温度、温跃层深度变化受低纬热带驱动影响,都显示出强烈的岁差周期(16.8ka),而底层水氧同位素更多受到高纬的影响。     

晚中新世以来印度洋-太平洋暖池水体交换过程及其气候效应

以印尼海道或印尼穿越流连接的印度洋-太平洋暖池之间的水体交换不仅控制了印-太热带海区的物质、热量和淡水收支,也通过反馈和遥相关机制对高纬海区产生影响,因而在调控区域和全球气候中功不可没。本文综述了晚中新世以来印尼海道或印尼穿越流的演化历史及其对热带和高纬海区气候的影响过程与机制。千年和轨道尺度上,印尼穿越流在冰期为表层流主导;在间冰期温跃层流得到强化;在冰消期为表层流主导向温跃层流主导过渡,其转换模式与海平面、温盐环流、类ENSO和东亚季风等密切相关,但其中的作用机制异常复杂。构造尺度上,印尼海道呈多期次逐渐关闭的趋势,但其相对开合、张缩的时间存在争议。印尼海道或印尼穿越流的演化改组了印度洋暖池和西太平洋暖池之间热量、营养物、水团和洋流的分布,对暖池的形成与发展以及类ENSO特别是上新世暖期永久类El Niňo产生重要影响。印尼海道的关闭被认为触发了北半球大冰期,然而切断向北半球高纬海区热量的输送是由通过印尼海道关闭引起的大洋环流还是大气环流效应所致,目前还没有定论。印-太暖池水体交换对热带和高纬海区气候影响机制的诸多假说还只停留在模型模拟的阶段,缺乏高质量古海洋记录的实证检验。针对本文提出的科学问题和阐述的未来研究方向,在印-太暖池印尼海道两侧设计站位,并获取高分辨率或长时间跨度的岩芯,实施综合对比的全水层古海洋学研究,是加深该领域研究的当务之急。     

西太平洋风尘沉积记录研究进展

研究海底风尘组份、来源和通量的地质记录,对于理解风尘在行星辐射平衡、全球大洋的营养盐供应及碳循环中的作用,以及源区古气候和古大气环流重建有着非常重要的意义。作为全球第二大风尘源区的亚洲内陆,其风尘产物主要被东亚冬季风及西风带携带至西太平洋。现有西太平洋风尘沉积记录的工作主要集中在冰期-间冰期时间尺度,尤其近几年在西菲律宾海和赤道太平洋第四纪风尘物源及通量变化方面取得了重要的进展,在日本海中新世以来的长期风尘记录及其驱动机制方面也获得了重要认识。至少在晚第四纪以来的冰期-间冰期时间尺度上,从高纬度到赤道甚至南极的全球范围,风尘通量在冰期约高出间冰期2—3倍,表明冰期风尘源区更加干旱而风力更为强劲。在新生代以来,西太平洋的长期风尘输入主要反映了亚洲内陆干旱逐渐增强,是受到青藏高原隆起和全球变冷的共同影响。但是,总体上西太平洋风尘沉积的研究程度非常低,突出反映在以下几个方面:风尘从源到汇搬运和沉积过程的现代观测的缺乏、大洋风尘组分含量及通量定量化中的误区、西太平洋风尘沉积长期演变特征、机制及风尘长期输入对大洋生产力及全球碳循环的影响方面的研究亟待加强。     

赤道太平洋次表层海温异常年际和年代际变率特征与ENSO循环

用美国马里兰大学提供的海洋同化(SODA)月平均资料,分析了赤道太平洋次表层海温异常年际和年代际变率的演化特征,讨论了它们对ENSO循环的影响.结果指出,赤道太平洋次表层海温异常年际和年代际变率具相似的ENSO模分布和演变过程,二者均以赤道西太平洋暖池次表层海温显著的异常中心与赤道东太平洋表层海温异常中心显著反号为主要分布特征,其演变过程通过赤道西太平洋暖池次表层海温异常中心沿海洋气候温跃层向东向上传播来完成.赤道西太平洋暖池次表层海温异常年际变率决定了ENSO循环,年代际变率对ENSO循环也有重要影响,其影响主要在中太平洋, 造成ENSO模的年代际变化.当年代际变率处于正常状态时,ENSO循环基本上是东部型冷暖事件之间的转换;当年际和年代际变率位相相同时,ENSO事件强度将会加强和持续,并出现中部型ENSO事件;当二者位相相反时, ENSO事件强度将会减弱.     

南海夏季风爆发与西太平洋暖池区热含量及对流异常

利用1955～1998年逐月的上层海洋热含量资料和NCEP/NCAR再分析资料,研究了南海夏季风爆发与热带西太平洋暖池区热含量异常的关系,并对影响过程进行了探讨.结果表明:(1)热带西太平洋暖池区是热带上层海洋热含量变化最大的区域,暖池区的热含量的变化与ENSO关系密切,是ENSO循环的重要组成部分,也是影响南海夏季风爆发最明显的地区.(2)南海夏季风爆发与前期(特别是前期冬、春季)暖池热状态的变化有密切关系,当前期暖池热含量高时,南海夏季风爆发早,反之爆发晚,这与由暖池变化所产生的上空大气的对流活动密切相关;4月暖池区热含量高(低)是预报南海夏季风爆发早(晚)的一个很好指标.(3)西太平洋暖池区热含量正异常时,辐散中心位于南海—西太平洋,对流强,西太副高弱且位置偏东,季风环流(印度洋纬向环流和经向环流)和Walker环流为正距平环流;正距平的季风环流有利于低空西到西南气流的加强,南海夏季风爆发早,反之爆发晚.由暖池变化所引起的大尺度季风环流和Walker环流的异常变化可能是影响南海夏季风爆发的一个重要动力机制.     

南海关键地质历史时期的古海岸线变化

整个南海新生代的演变可概括为一系列微板块在太平洋板块与印度洋板块运动影响下发生拉薄、裂解、滑移、旋转、会聚和碰撞的过程,特别是经过55、33、25、16、6、2Ma关键时期的演化,最终形成现在具有陆架和深水海盆特征的西太平洋最大边缘海。依据南海内部各坳陷盆地的最新研究进展,包括海相边缘沉积相类型、古水深、钻井资料等能够依次重建南海特殊历史时期的古岸线位置,分析其变迁规律,并与古新世、始新世之交的高温事件,始新世末—渐新世初全球气候变冷事件,渐新世—中新世全球变冷、海平面下降事件,中中新世早期气候回暖、全球海平面上升事件,上新世早期全球变暖事件,晚上新世北极冰盖形成等系列事件进行对比,从而进一步了解古新世以来南海的环境演变过程。     

西太平洋暖池海温异常年夏季东亚大气环流特征

利用NCEP/NCAR逐月再分析资料对西太平洋暖池区海表水温冷、暖异常年夏季东亚大气环流作了合成分析,与气候平均比较后发现:夏季暖池区暖异常时,在西太平洋上空的对流层低层产生一个强的反气旋偏差环流,因而不利于南海南部和赤道太平洋地区的西风发展,使热带夏季风强度减弱;在南海西部和中南半岛东部有偏差气流转向大陆,因而增强了偏南风,使副热带夏季风强度增强;在对流层中、下层副高脊线位置偏南,大约以400hPa为分界线,低层副高强度增强,高层副高强度减弱。西太平洋暖池冷异常年夏季东亚大气环流特征大致与上述情况相反,且强度或变化幅度小于暖异常年夏季。另外,与气候平均比较,暖异常年纬向Walker环流上升支大幅西移,而冷异常年该环流上升支则东移。     

山东夏季降水与西太平洋暖池区海洋热状态及夏季风异常

山东省东接太平洋，西连欧亚大陆，受海洋和大陆的影响，季风气候特点相当显著，常导致严重旱、涝灾害。山东全年降水主要集中在夏季，6~8月降水占全年降水的60%以上。其原因主要是受西太平洋副热带高压和夏季风活动的影响。副热带高压的增强和北伸与梅雨锋的位置和强度变化对山东夏季降水有直接作用，其夏季降水的年际变率较大，是旱、涝频发的省份。 我国旱涝变化与太平洋海洋热状况有着极为密切关系(翁学传等，1994)。El Nino现象对气候的影响更加引起了海洋气象学家对海洋变化的高度重视。他们分析了El Nino现象和太平洋海表温度(SST)与山东夏季降水的关系(如:奚秀芬，1988；卢金墀，1982；张苏平等1999)，但对比降水分布发现无论是 El Nino发生的当年还是次年，降水距平百分率的零线均从山东中部通过。我国夏季降水主要受三种类型雨带控制。由于山东处于一类雨带(华北多雨)和二类雨带(江淮多雨)的转换地带，近40年的降水资料分析表明，三种类型雨带在山东夏季降水正、负距平年出现率几乎均等。因此，山东夏季降水的变化有其特殊性，需要从多方面进行研究。 西太平洋暖池是全球海温最高的海域，也是全球海气能量交换总量最大的区域。它的存在和变化对北半球夏季气候异常有着重要作用。西太平洋副热带高压的变化与西太平洋暖池面积大小有密切关系(李万彪等，1998)，20世纪70年代末以来的西太平洋副高增强也与这一时期暖池的跃变有关(赵永平等，2002)，暖池及其上空的对流活动的异常影响着西太平洋副高的变化和我国雨带的位置(黄荣辉等，1992，1994)，由此所激发的大气遥相关波列可波及西欧和北美。最近的研究也表明，冬、春季暖池区热含量的变化对南海夏季风爆发早、晚有重要影响(Chen et al.，2001)。当西太平洋暖池区海洋热含量高时，南海夏季风爆发早，反之则爆发晚。这对我国夏季季风雨的变化研究有重要意义，而且也必将对山东夏季旱涝产生重要影响。 本文作者通过对山东夏季降水资料的分析，对山东夏季降水时空变化及其与西太平洋暖池区域海洋热状态及副热带环流和夏季风变化的关系和影响的可能过程进行了探讨。     

Contributions of the Bering Strait throughflow to oceanic meridional heat transport under modern and Last Glacial Maximum climate conditions

Paleo reconstructions and model simulations have suggested the Bering Strait plays a pivotal role in climate change. However, the contribution of the Bering Strait throughflow to oceanic meridional heat transport (OMHT) is about 100 times smaller than the OMHT at low latitudes in the modern climate and it is generally ignored. Based on model simulations under modern and Last Glacial Maximum (LGM,~21 ka;ka=thousand years ago) climate conditions, this study highlights the importance of the Bering Strait throughflow to OMHT. The interbasin OMHT induced by the Bering Strait throughflow is estimated by interbasin-intrabasin decomposition. Similar to barotropic-baroclinic-horizontal decomposition, we assume the nonzero net mass transport induced by interbasin throughflows is uniform across the entire section, and the interbasin term is separated to force zero net mass transport for the intrabasin term. Based on interbasinintrabasin decomposition, the contribution of the Bering Strait throughflow is determined as ~0.02 PW (1 PW=10 15 W) under the modern climate, and zero under the LGM climate because the closed Bering Strait blocked interbasin throughflows. The contribution of the Bering Strait throughflow to OMHT is rather small, consistent with previous studies. However, comparisons of OMHT under modern and LGM climate conditions indicate the mean absolute changes are typically 0.05 and 0.20 PWin the North Atlantic and North Pacific, respectively. Thus, the contribution of the Bering Strait throughflow should not be ignored when comparing OMHT under diff erent climate conditions.     

白令海峡夏季流量的年际变化及其成因

白令海峡是连接太平洋和北冰洋的唯一通道,穿过海峡的海水体积通量在年际尺度上的变化主要取决于海峡南北两侧的海面高度差,白令海峡的入流对北冰洋海洋过程有重要的意义。利用SODA资料计算夏季白令海峡海水体积通量,对其年际变化及成因进行分析。结果表明夏季白令海峡的体积通量主要是正压地转的;当体积通量为正距平时,楚科奇海、东西伯利亚海、拉普捷夫海以及波弗特海南部海面高度为负距平,同时,白令海陆架海面高度为正距平;对这些海域的Ekman运动、上层海洋温度、盐度和垂直流速进行分析,发现海面高度异常与海峡体积通量的这种关系主要是与海面气压异常分布所产生的Ekman运动有关。当白令海峡的体积通量为正距平时,北冰洋中央海面气压为正距平,白令海海盆海面气压为负距平。这种气压的异常分布在一定程度上解释了上层海洋运动、海水温盐结构与白令海峡入流的关系,从而把夏季大尺度大气环流和白令海峡体积通量的年际变化联系了起来。     

西太平洋暖池研究的新进展

对近几年国内外有关热带西太平洋暖池的现场观测、暖池物理机制、暖池与ENSO的关系、暖池异常变化对气候的影响等方面的最新研究进展作了回顾;同时,对目前暖池研究中存在的几个问题进行了简要的讨论。     

西太平洋暖池SST变异对山东夏季降水的影响

西太平洋暖池展布于热带太平洋中、西部海域，其水温终年高于28℃(Wyrtki，1989；张启龙等，1997)。其最主要特征是水温高，热含量丰富。西太平洋暖池是全球大洋表面水温(SST)最高的海域，也是全球大气运动最主要的热源地和对流活动的最活跃区。暖池以热量和水汽形式将大部分能量释放给大气，从而影响大气环流系统。海-气耦合模式研究表明(Philander，1990)，暖池海域SST的变化，尤其是它处于高值时的微小变化会对大气环流演变产生十分显著的影响。近年来的一些研究结果也表明(黄荣辉等，1994；董敏等，1994)，暖池SST的异常会导致大气环流，尤其是西太平洋副热带高压的异常变化，进而影响东亚夏季降水。由此可见，暖池SST的变异对东亚乃至全球气候的异常及灾害的形成有着十分重要的作用。 山东位于我国东部，是旱涝灾害多发的省份之一。山东全年的降水量主要集中在夏季(6~8月)，其夏季降水量占全年降水量的60%以上。可见，夏季降水量的多寡对山东全年的天气变化和农业生产有重要影响。因此，开展山东夏季降水及其长期预测研究不仅具有重要的学术意义而且还有深远的现实意义。 近年来，许多学者已就西太平洋暖池热状态变异对我国东部地区汛期降水的影响进行了研究，并取得了一些颇有意义的成果(黄荣辉等，1994；翁学传等，1996)。然而，在以住的研究中，涉及西太平洋暖池对山东夏季降水影响的研究却很少，迄今尚未见专文报道。本文作者利用中国国家气候中心提供的1950~1998年间太平洋2°×2°经纬度格点月平均SST资料、1951~1998年间西太平洋副热带高压指数和1961~1999年间山东省气象台站的降水资料，研究了西太平洋暖池SST变异对山东夏季降水的影响，为山东夏季旱涝预测研究提供科学依据。     

白令海陆架区夏季水文分布特征及年际变化

On the basis of the CTD data obtained within the Bering Sea shelf by the Second to Sixth Chinese National Arctic Research Expedition in the summers of 2003, 2008, 2010, 2012 and 2014, the classification and interannual variation of water masses on the central Bering Sea shelf and the northern Bering Sea shelf are analyzed. The results indicate that there are both connection and difference between two regions in hydrological features. On the central Bering Sea shelf, there are mainly four types of water masses distribute orderly from the slope to the coast of Alaska: Bering Slope Current Water(BSCW), MW(Mixed Water), Bering Shelf Water(BSW) and Alaska Coastal Water(ACW). In summer, BSW can be divided into Bering Shelf Surface Water(BSW_S) and Bering Shelf Cold Water(BSW_C). On the northern Bering Sea shelf near the Bering Strait,it contains Anadyr Water(AW), BSW and ACW from west to east. But the spatial-temporal features are also remarkable in each region. On the central shelf, the BSCW is saltiest and occupies the west of 177°W, which has the highest salinity in 2014. The BSW_C is the coldest water mass and warmest in 2014; the ACW is freshest and mainly occupies the east of 170°W, which has the highest temperature and salinity in 2012. On the northern Bering Sea shelf near the Bering Strait, the AW is saltiest with temperature decreasing sharply compared with BSCW on the central shelf. In the process of moving northward to the Bering Strait, the AW demonstrates a trend of eastward expansion. The ACW is freshest but saltier than the ACW on the central shelf,which is usually located above the BSW and is saltiest in 2014. The BSW distributes between the AW and the ACW and coldest in 2012, but the cold water of the BSW_C on the central shelf, whose temperature less than 0°C, does not exist on the northern shelf. Although there are so many changes, the respond to a climate change is synchronized in the both regions, which can be divided into the warm years(2003 and 2014) and cold years(2008, 2010 and 2012). The year of 2014 may be a new beginning of warm period.     

印尼海道的两度关闭与西太平洋暖池的形成和兴衰

世界海洋表层水温最高的西太平洋暖池,是全球驱动大气环流的最大热源之一,也是全球热盐环流传输带的热源。新生代晚期印尼海道的关闭是暖池得以形成的基本条件。在印尼海道区划出了对印度尼西亚穿越流起阻挡作用的5道屏障,分析了5道屏障的形成过程和年代,据此提出了印尼海道两度关闭的模式。板块运动导致印尼海道关闭,有利于暖池发展,同时也存在不利的负面影响,本区构造运动对暖池的演变具有特有的双向复合控制作用;由此出发勾勒了近1000多万年来西太平洋暖池的形成和兴衰史：11～9MaBP为原始暖池形成期,9～6MaBP为暖池演化的第一衰退期,6MaBP以来为现代暖池的孕育和发展期,其间在1～0.2MaBP穿插着暖池演化的第二衰退期。上述暖池兴衰史的演化模式,得到了暖池区ODP1143站浮游有孔虫组合所反映的古海水温跃层深度的验证。     

Circulation on the north central Chukchi Sea shelf

Mooring and shipboard data collected between 1992 and 1995 delineate the circulation over the north central Chukchi shelf. Previous studies indicated that Pacific waters crossed the Chukchi shelf through Herald Valley (in the west) and Barrow Canyon (in the east). We find a third branch (through the Central Channel) onto the outer shelf. The Central Channel transport varies seasonally in phase with Bering Strait transport, and is 0.2 Sv on average, although some of this might include water entrained from the outflow through Herald Valley. A portion of the Central Channel outflow moves eastward and converges with the Alaskan Coastal Current at the head of Barrow Canyon. The remainder appears to continue northeastward over the central outer shelf toward the shelfbreak, joined by outflow from Herald Valley. The mean flow opposes the prevailing winds and is primarily forced by the sea-level slope between the Pacific and Arctic oceans. Current variations are mainly wind forced, but baroclinic forcing, associated with upstream dense-water formation in coastal polynyas might occasionally be important.Winter water-mass modification depends crucially on the fall and winter winds, which control seasonal ice development. An extensive fall ice cover delays cooling, limits new ice formation, and results in little salinization. In such years, Bering shelf waters cross the Chukchi shelf with little modification. In contrast, extensive open water in fall leads to early and rapid cooling, and if accompanied by vigorous ice production within coastal polynyas, results in the production of high-salinity (>33) shelf waters. Such interannual variability likely affects slope processes and the transport of Pacific waters into the Arctic Ocean interior.