深海在70-130ka以前北大西洋气候变化中的作用

深海在７０—１３０ｋａ以前北大西洋气候变化中的作用Ｌ．Ｄ．Ｋｅｉｇｗｉｎ等北大西洋深层水（ＮＡＤＷ）生产力的变化与表面热通量及格陵兰上空的大气温度有关，这已得到了早期得出的冰期时ＮＡＤＷ生产力降低及末次冰期晚期时的新仙女木期寒冷期也减少的后期成果所证...     

过去气候旋回的再思考

古气候研究中的主要争议焦点是南北半球是否同时经历了极端的气候变化。从北半球的格陵兰和北大西洋采集的冰心和沉积物记录证实了末次冰消期北大西洋地区经历了快速气候变化事件——新仙女木期。但是像新仙女木期这样的事件是否以及何时影响了南半球的研究和争论还在继续...     

21世纪格陵兰冰川融化速率对海平面变化的影响

本文利用大洋环流模式POP研究RCP4.5情景下21世纪格陵兰冰川不同的融化速率对全球及区域海平面变化的影响。结果显示:当格陵兰冰川的融化速率以每年1%增加时,全球大部分海域的动力和比容海平面变化基本不变,主要是由于格陵兰冰川在低速融化时并不会导致大西洋经向翻转流减弱。当格陵兰冰川的融化速率以每年3%和每年7%增加时,动力海平面在北大西洋副极地、大西洋热带、南大西洋副热带和北冰洋海域呈现出显著的上升趋势,这是因为格陵兰冰川快速融化导致大量的淡水输入附近海域,造成该上层海洋层化加强和深对流减弱,导致大西洋经向翻转流显著减弱;与此同时,热比容海平面在北冰洋、格陵兰岛南部海域和大西洋副热带海域显著下降,而在热带大西洋和湾流海域明显上升;此时盐比容海平面的变化与热比容海平面是反相的,这是由于大量的低温低盐水的输入,造成北大西洋副极地海域变冷变淡、大西洋经向翻转流和热盐环流显著减弱,引起了太平洋向北冰洋的热通量和淡水通量减少,导致了北冰洋海水变冷变淡,同时热带大西洋滞留了更多的高温高盐水,随着湾流被带到北大西洋,北大西洋副极地海域低温低盐的海水,被风生环流输运到副热带海域。     

大西洋热盐环流年代际变化机制研究Ⅲ.北大西洋海气要素对热盐环流年代际振荡的影响

基于该系列文章前文研究中构建的海气耦合气候模式和所揭示的北大西洋热盐环流年代际振荡机制,针对海气要素对该振荡机制的影响问题进行了重点的探讨。为细致准确的研究北大西洋海洋要素同北大西洋热盐环流年代际振荡的关系,有针对性的定义了副极地海区表层密度指数和北大西洋暖流强度指数并对模式结果进行了全面分析。分析结果表明副极地海区表层密度变化领先大西洋径向翻转环流(MOC)变化7 a,北大西洋暖流的变化领先 MOC变化4 a,格陵兰－苏格兰海脊溢流水强度(包括丹麦海峡溢流水和法鲁海峡溢流水,是北大西洋深层水的重要来源)的变化领先 MOC的变化3 a;北大西洋大气要素变化对北大西洋热盐环流年代际振荡有非常重要的调制作用,当副极地流环和北大西洋暖流(NAC)达到最强的2 a之前,高纬度地区大气为气旋式环流异常,中纬度地区大气为反气旋式环流异常,海表热通量在大西洋副极地海区是负异常,这都有利于副极地流环和NAC的加强,更多高盐度的北大西洋水进入格陵兰-冰岛-挪威海(GIN)海域,由此可以导致GIN海域表层密度上升,使水体的层结稳定性减弱,有利于深层对流的发生,同时大气变化通过风应力旋度和海表热通量也直接影响GIN海域深层水的生成,进而导致格陵兰－苏格兰海脊溢流水的强度增加。     

大西洋温盐循环的演变:早渐新世北大西洋深水开始形成

气候和大洋盆地形状的急剧变化标志了新生代的开始。不断增加的证据表明了在早新生代(约55 Ma)的极端温暖时期,主要存在于南大洋的深水层形成了与现代模式根本不同的循环模式,并在北大西洋北部及南大洋形成了深水层。早新生代模式向两极模式的转变出现于何时?该转变的主要作用力如何?巴拿马地峡(4·2 Ma)的形成被认为是代表了深水循环向两极模式转变的最后作用,它使湾流将盐度较高的暖水带到北半球高纬形成北大西洋深层水(NADW),现代NADW由来自Nordic海和拉布拉多海的深水组成。然而,通常认为北大西洋的深水形成的最初阶段只有Nordic海…     

2016与1998年春季北大西洋海表温度异常的差异及成因

利用再分析资料以及混合层海温诊断方程, 研究1997—1998与2015—2016年超级厄尔尼诺次年北大西洋海表温度异常(sea surface temperature anomalies, SSTA)的差异及成因。结果显示, 北大西洋SSTA在1998年春季呈明显正负正三极型式分布, 而在2016年呈弱的负正负型态。诊断热带北大西洋SSTA的影响因素表明, 1998年春季暖SSTA除了之前研究强调的海洋表面向大气的潜热输送异常减少, 以及吸收太阳辐射的增加外, 海洋动力过程即Ekman纬向漂流也起着重要的作用。热力过程与厄尔尼诺峰值后出现的北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation, NAO)负位相有关, 其可引起亚速尔高压减弱, 产生西南风异常, 通过风-蒸发-海表温度(sea surface temperature, SST)反馈机制使热带北大西洋蒸发减弱, 海表增暖, 沃克环流下沉支的东移对这一增暖也有贡献。与1997—1998厄尔尼诺事件不同, 2015—2016厄尔尼诺事件没有强迫出负位相NAO, 而是出现弱NAO正位相, 热带北大西洋为弱的东风异常, 使海表发生一定的冷却, 形成2016春季北大西洋SSTA与1998年的明显差异。     

基于遥相关的NAO位相转换影响机理研究分析

利用NCEP-NCAR再分析位势高度、风矢量、海表面热通量数据,HadSST1再分析海温资料、CPC逐月北大西洋涛动(NAO)指数等,通过滞后回归分析了北大西洋海温异常对NAO的影响。结果显示,夏秋季北大西洋马蹄型海温通过海洋-大气相互作用导致冬季大气呈现NAO型气压场特征;与此同时,秋季大气场表现出反位相的NAO型环流形势突变,ECHAM4大气环流模型数值试验和观测资料统计分析均发现:热带大西洋海温异常(对流异常)可激发向中高纬度传播的遥相关波列,且具有秋季锁相的特征。马蹄型海温对大气的局地强迫联合热带大西洋异常海温的遥相关作用使得秋季NAO完成一次正负位相转换。     

北冰洋水体对格陵兰海混合增密对流的可能影响分析

格陵兰海内发生的等密度混合后产生的增密对流是重要的对流现象之一。北冰洋正在发生快速变化,其内水团变性以及环流系统的改变都将使格陵兰海等密度混合对流发生明显变化,继而对全球气候变化产生影响。以往关于等密度混合对流的研究很少,大都集中在对流发生海域。由于等密度混合的主体是大西洋回流水与北冰洋流出水体,本文目的是探讨北极内部不同海域的水体会对混合增密对流造成的可能影响。文中定义了有效对流速度,强调水平温度梯度和垂向层化强度是影响有效对流速度的决定性因素;水平温度差越大,垂向层化越弱,产生的对流越强。发生在东格陵兰极锋处的有效对流都是大西洋的水体,一部分是在格陵兰海回流的大西洋回流水;一部分是在北冰洋潜沉并回流的北极大西洋水,该水体在北冰洋循环的时间越长,温度差越大,产生的有效对流越强。而横越北冰洋的太平洋水因密度过低而不能参与等密度混合对流,加拿大海盆主盐跃层之上的水体也都不能参与对流。北冰洋几个海盆深层水的温度差异明显,有可能与格陵兰海深层水形成有效对流;但是,由于深层水流速低、湍流混合弱、水平温度梯度小,是否可以产生有效对流尚不清楚。     

Heinrich事件时北大西洋深水环流消失

深部大洋温盐环流主要受控于北大西洋深层水的供给量。目前,输送到北大西洋高纬度区域的亚热带温盐水是由北大西洋环流携带的。当其向北运移时,海水冷却并下沉,形成全球深部大洋传送系统。更新世时,高纬度区域海水的盐度和温度均发生了急剧变化。冰期时,由于大气环流...     

末次冰期以来冲绳海槽北部古气候变化的孢粉记录

通过分析冲绳海槽北部CSH1柱状样的孢粉组合,重建了海槽区邻近岛屿末次冰期以来的植被和气候变化史.将所测岩心的孢粉记录从下到上分为三期:Ⅰ期为热带山地针叶林的繁盛期,松属及亚热带高山的常绿针叶林含量较高,气候干燥温暖;Ⅱ期为旱生草本植物繁盛期,蒿属大量出现,气候干冷;Ⅲ期为常绿阔叶、落叶阔叶林及蕨类植物繁盛期,常绿阔叶及落叶阔叶林成分增加,蕨类孢子达到极高值,草本植物含量剧减,气候温暖潮湿.将一些主要科属花粉的百分含量曲线与格陵兰冰心GISP2δ18O曲线进行了对比分析,发现各花粉百分含量曲线分别在距今4.1~4.6,11.7~13.0,15.4,23.2,29.4,47.4ka显示出了一系列明显的次级波动,这些次级波动与格陵兰冰心δ18O曲线所记录的4ka左右的降温事件、新仙女木(Younger Dryas)事件和Heinrich事件H1,H2,H3和H5在时代上相吻合.尽管格陵兰及北大西洋地区的气候变化影响冲绳海槽地区的途径和载体尚不清楚,但北半球高纬度的气候变化所引发的东亚季风强度在数百年或千年尺度的波动可能是其主要的机制.     

大西洋热盐环流年代际变化机制研究Ⅱ．热盐环流年际和年代际变化机制研究

基于德国Max-Planck气象研究所的最新大气海洋环流模式(ECHAM5/MPI-OM),对控制试验(control run)下热盐环流(THC)年际及年代际变化进行了分析,揭示了年代际变率的产生机制。研究表明:(1)THC年际振荡的主导周期是4 a,年代际振荡的主导周期是24 a,THC的年代际振荡信号最强,是第一主成分。(2)THC的年代际振荡机制为:首先从大西洋径向翻转环流(MOC)强度最小开始,由于MOC强度处于较弱状态,从低纬度向高纬度输送的热量偏少,副极地海区海表温度出现负异常,持续5 a之后,北大西洋副极地海区海表温度达到最大负异常。此时副极地流环中心(北大西洋)的表层海水变冷,密度增加,海表面下降,产生从副极地流环边缘指向副极地流环的中心的压强梯度力,根据地转平衡关系,北大西洋副极地海区的上层海洋会出现一个气旋式的环流异常(副极地流环得到加强),北大西洋暖流(NAC)同时得到加强。在副极地海区海表温度达到最大负异常的3 a之后,副极地流环和NAC达到最强。由此,作为NAC延伸的法鲁海峡入流水增强,更多的高盐法鲁海峡入流水进入格陵兰-冰岛-挪威海(GIN)海域,使GIN海域层结稳定性减弱。1 a后,GIN海域深层对流增强,格陵兰-苏格兰海脊溢流水增加。在GIN海域深层对流达到最强的3 a之后,MOC强度达到最大。整个状态翻转过程完成的时间大约为12 a,THC年代际振荡的整个周期大约是24 a。     

洋际交换及其在全球大洋环流中的作用:MOM4p1积分1400年的结果

利用非Boussinesq近似下MOM4p1的全球大洋环流预后模式,采用真实地形,以静止状态为初始条件,进行了1 400a积分,以研究平衡状态下大洋环流的结构。模式由月平均气候态强迫场驱动,包括192×189个水平网格和压力坐标下的31个垂直层次。着重研究达到平衡状态后,各洋际通道处的质量、热量输运和补偿及其在全球大洋环流中的作用。根据动能演变特征表明,积分过程分为3个阶段:风海流的成长及准稳定状态;热盐环流的成长过程以及热盐环流的稳定状态;由静止状态冷启动达到热盐环流的稳定状态,积分过程必须在千年以上。模式结果再现了从白令海峡到格陵兰海的北冰洋贯穿流和印度尼西亚贯穿流,并用已有观测资料对它们进行对比。分析表明,海面的倾斜结构是形成太平洋-北冰洋-大西洋贯穿流和印尼贯穿流的主要动力机制。分析指出,尽管在北大西洋存在1.4×106 m3/s的南向体积输运,但其热量输运却是北向的并达到1015 W量级,其原因是北向的上层海流温度远高于北大西洋深层水向南的回流。文章分析了经向体积和热量输运对北大西洋深层水补偿来源及大西洋经向翻转环流的贡献。模拟所得洋际交换的量值可以由经向补偿予以合理解释,并得到以往实测与数模结果的支持。洋际通道处的体积和热量交换突出体现了其在大洋传送带系统中的枢纽作用。     

北大西洋强气旋的个例分析

一、引言 北大西洋介于北美、西欧、西非和赤道之间,北部通过挪威海、格陵兰海和戴维斯海峡等水域与北冰洋相连。由于北美大槽、湾流和北大西洋暖流的存在,为气旋的生成、发展提供良好的条件,因此在北大西洋,气旋活动十分频繁。这里,我们将中心强度低于990毫巴**的气旋称为强气旋。它是使北大西洋出现灾害性天气和恶劣海况的主要天气系统。通过对1980年11月至1982年4月共90个强气旋进行普查分析得知:1.全年诸月在北大西洋均有强气旋活动。12月至翌年4月较多,月平均在4个以上,6月至9月较少,一般不超过3个。12月至翌年2月最强,一般都低于970毫巴,4月至9月最弱一般都高于980毫巴。2.北大西洋强气旋主要生成在北美大陆东侧和墨西哥湾以北地区,只有极少数在大洋中部生成。生     

北极径流增加对大西洋经向翻转环流影响的模拟研究

观测显示过去几十年间北极入海径流呈现增加趋势,CMIP5耦合模式预测表明21世纪北极入海径流仍会增加,在RCP8.5路径下,21世纪末北极入海径流量将会是1950年的1.4倍。本文利用冰-海耦合数值模式研究了北极径流增加对大西洋经向翻转环流的影响。基于两个数值实验的结果表明,如果北极入海径流按每年0.22%的速度（与RCP8.5路径下的速度相当）增加,大西洋经向翻转环流的强度在100、150和200年后将会分别减弱0.6（3%）、1.2（7%）和1.8（11%） Sv。北极入海径流增加导致大西洋经向翻转环流减弱的主要原因是,北极入海径流增加的淡水被输运到北大西洋后,会抑制北大西洋深层水的生成,这也会导致北大西洋深层水海水年龄的增加。     

北大西洋东北部不稳定的新仙女木气候

近10年来,新仙女木亚冰期的机制和气候意义引起了学者的广泛关注,格陵兰冰心计划(GRIP)在Summit钻探的冰心中已经确定出这个寒冷事件,并定义为格陵兰亚冰期1(GS1),年代为12650～115000cal．aBP。总的来说,GS-1是稳定的,它的寒冷阶段开始和结束地非常快(在几十年之内),这在整个北大西洋地区许多钻孔中都得到了证实。     

北冰洋地球动力演化过程中泛大陆裂解的阶段性与扩张盆地的形成

在重建泛大陆裂解和北极地球动力系统演化框架中研究扩张盆地形成的时间序列。通过本研究可识别出扩张盆地形成的3个时空独立的阶段：晚侏罗世-早白垩世、晚白垩世一新生代早期、新生代。第一阶段,作为美亚海盆构造组分的加拿大海盆地的扩张中心形成、演化与消亡。第二阶段是拉布拉多-巴芬-马卡罗夫扩张中心的演化,它在始新世停止活动。第三阶段,极慢速的Mohna、Knipovich和Gakkel洋中脊的形成,至今在格陵兰海及欧亚海盆仍在活动。已有的地质地球物理资料解释表明,在加拿大海盆形成之后,北极地区脱离了古太平洋地球动力的影响,以扩张、俯冲、弧后盆地形成以及碰撞相关的过程等为特征。伴随着太平洋和大西洋的扩张系统向北延伸,马卡罗夫海盆形成,标志着北大西洋的大洋机制的开始（包括典型的陆间裂谷、慢速与超慢速的扩张、陆块的分离、原始盆地扩张中心的消亡、扩张轴的漂移、新的扩张脊和扩张中心的形成等）。上述表明,从。大地构造角度来看,北冰洋事实上是混合的大洋,也就是复合的异源大洋。北冰洋的形成是两个不同时代、不同类型空间并列的地球动力系统作用的结果。加拿大海盆的古太平洋系统,在晚白垩世完成其演化,马卡罗夫和欧亚海盆的北大西洋系统取代了古太平洋系统。与传统观点不同,认为挪威-格陵兰盆地北部的不对称形态是北大西洋两次扩张的结果。第二次扩张中心Knipovich脊始于渐新世一中新世之交,该过程导致Hovgard陆块裂离巴伦支海。泛大陆及其劳亚大陆部分的裂解,伴随着在两侧形成新的扩张盆地,是阶段性的过程。在晚白垩世之前（第一阶段）,泛大陆在古太平洋-侧裂解形成加拿大海盆-美亚海盆的一部分（北冰洋形成的第一阶段）。从晚白垩世开始,裂解活动来自北大西洋一侧,导致格陵兰从北美分离,形成拉布拉多-巴芬-马卡罗夫扩张系统（北冰洋形成的第二阶段）。新生代以第二扩张轴的发展为标志,形成挪威-格陵兰海和欧亚海盆（北冰洋形成的第三阶段）。本段扩张中心至今还在活动,但速率极低。     

末次间冰期衰退时期的北大西洋海流和欧洲环境

北大西洋海流是大洋循环的重要组成部分，将热带的热量从墨西哥湾传输到北大西洋北部。这些热量被释放进向东移动的气团中，极大地改善了欧洲北部的冬季气候。我们通过模式模拟预测出：随着CO2浓度的持续增加(IPCC第3个评价报告：气候变化，2001)，下个世纪的大洋循环会极大地减弱。自从20世纪60年代早期以来，我们开始观察到由于来自Nordic海的流量减少，北大西洋北部的海水不断淡化(Hansen等，2001；Dickson等，2002)。     

欧亚冰盖的消融

巴巴多斯和新几内亚的海平面变化表明：在过去的15000a中曾有过两次大规模的冰川融水流．同其它环境变化(如北大西洋深水环流)相比，这两次融水流形成的时间显然有助于我们进一步了解从未次冰期到问冰期的气候变迁及新仙女木事件．     

北欧海海平面异常及海水密度的时空特征

北欧海连接着北冰洋和北大西洋,在全球环流和气候中起着重要的作用。本文采用EOF方法对基于高度计遥感的SLA进行了分析,给出了其时空分布特征。对SODA数据给出的SSH和SST进行了SVD的分析,并利用ISHii再分析数据分析了海水密度的变化特征。结果表明,季节变化是导致SLA总体变化的主要因素,而中心区域的下沉流是导致SLA异常低的重要因素:东格陵兰海域极地水与北大西洋暖流交汇,形成的低温、高盐、高密的海水导致下沉流。文章最后分析了近20a来北欧海的SST变化,得出北欧海SST以0.024°C/year的速度升温,表明有更多的热量通过热盐环流向大洋底部输送,这将有利于减缓全球的气温升高。     

21世纪格陵兰冰川不同的融化季节对海平面变化的影响

利用三维海洋环流模式(parallel ocean program,POP),探讨典型浓度路径(representative concentration pathway,RCP)情景下21世纪格陵兰冰川不同的融化季节对海平面变化的影响。结果表明:在RCP4.5情景下,当格陵兰冰川以7%×a~(-1)的加速度快速融化时,相比于只在夏半年融化,全年融化会导致动力海平面在北冰洋、北大西洋副极地海域加速上升,而在欧洲西北部和北大西洋副热带海域加速下降;比容海平面在北美沿岸加速上升,热带大西洋和南大西洋副热带海域也有所上升,北冰洋、欧洲西北部和北大西洋副热带则显著下降。格陵兰冰川不同的融化季节对海平面变化影响的不同,主要是由于相比于只在夏半年融化,格陵兰冰川全年融化会造成大量较冷较淡的融冰水被滞留在格陵兰岛南部海域,在冬半年,会导致上层海洋层化加强和大西洋经向翻转流进一步减弱,一方面造成大量海水在北大西洋副极地海域堆积;另一方面导致向北的热盐输运减弱,从而造成了北冰洋、北大西洋副极地和副热带海域东部的热比容海平面显著下降和盐比容海平面加速上升。