赤道西太平洋暖池区更新世以来的生源沉积物沉积特征及其古海洋学意义

赤道西太平洋暖池区中部柱状样MD972140中钙质超微化石氧同位素记录和生物地层学的研究为该柱提供了可靠的年龄框架。氧同位素记录与生源和非生源组分的对比表明，粗组分和碳酸钙含量变化表现为冰期降低，间冰期升高，类似于大西洋型旋回，而蛋白石和非生源组分却与之相反。更新世以来粗组分和碳酸钙含量的变化总体上是由高到低，而蛋白石和非生源组分含量的变化是由低到高，反映了陆源物质输入量和表层水生产力的增加。由此可见，碳酸钙和蛋白石含量的变化主要受到钙质和硅质生物生产力以及陆源物质输入量的控制。氧同位素7期以来，蛋白石含量和硅质微体化石丰度在冰期升高及在间冰期降低的变化反映了表层水生产力的波动和硅质溶解作用的强弱。     

西太平洋暖池北部15万年以来的碳同位素低值事件

对取自西太平洋暖池北部的MD06-3052孔的浮游有孔虫表层种Globigerinoides ruber进行了稳定氧碳同位素测试与分析,在所建立的年龄模式基础上,揭示了该孔150 ka以来氧碳同位素的变化特征及其碳同位素低值事件的时间。结果表明,150 ka以来碳同位素总体上显示出逐渐变重的趋势,其变化不同于氧同位素,并未表现出冰期-间冰期尺度的变化特征,且全新世和末次间冰期碳同位素差异较大。在所识别出的6次碳同位素的低值事件中,除倒数第二次冰消期与岁差低值有相位差以外,其余均与岁差低值都有很好的对应。幅度较大的3次发生于冷期/暖期的过渡期,其中末次冰消期的碳同位素记录受到浊流的侵蚀作用,有部分缺失;该孔与其他海区记录的相似性进一步证实了3次冰消期的δ13C低值事件的普遍性。     

西太平洋暖池区热带波动的天气效应

为了探讨西太平洋暧地区热带波动的天气效应，利用1980年2－9月140°E日本静止卫星纬度时间剖面卫星云图，分析了5d和14d左右周期热带波动云的演变特征，井综合分析了14d周期的云系演变型式与流场的关系，为预报热带中期天气变化规律提供了依据；热带波动中30－60d大气低频振荡的云量变化最显著，北半球夏半年热带波动的天气压主要在10°N－0°，各半年在10°N－10°S，超过这个区域热带云量的港分布型式就有明显的变化。     

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。     

西太平洋暖池区低层大气气象学特征的观测分析

根据TOGA—COARE强化观测资料分析西太平洋暖地区低层大气的气象学特征。讨论北半球冬季(11月-2月)该区域海面风和温度的特征,ITCZ及其有中尺度动力学特征的赤道大气涡(Eddy)的演变特征,对流混合边界层大气和低层正压大气层特征,以及云形态及降水特征等。指出,对于赤道大气,把正压大气层顶取为700hPa是合适的。     

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。     

末次冰期以来西太平洋暖池变化的浮游有孔虫记录

探讨了末次冰期以来西太平洋暖池区浮游有孔虫动物群变化对环境和全球气候变化的响应。对取自西太平洋暖池核心区WP92-5柱样中的浮游有孔虫及其壳体δ^18O的分析结果表明,西太平洋暖池末次冰期的冬季表层水温比全新世低2℃以上;浮游有孔虫Neogloboquadrina pachyderma的含量变化与Globigerinoides sacculifer的δ^18O值呈明显相关,各时段的峰值可能与YD事件和Heinrich事件H1、H2和H3大致对应,分别出现在21—29、38—46、64—72和106—117cm,^14C年龄约为9．7—11．1、12．8—14．7、19—20．9和26．2—27．4ka B．P．;浮游有孔虫N．pachyderma的含量与G．sacculifer的δ^18O在各峰值之间含有数个频次不等的亚级变化,反映了末次冰期以来西太平洋暖池区气候的短尺度快速变化特征。     

西太平洋暖池核心区上新世以来浮游有孔虫氧同位素特征及古海洋变化

西太平洋暖池区作为驱动全球气候变化引擎,是近年来古海洋学尤其是古气候研究的热点。以南海大洋钻探ODP130航次807站浮游有孔虫的氧同位素值为材料,建立了西太平洋暖池核心区跨越4.5 Ma、分辨率达2~3 ka的天文年代标尺,通过浮游有孔虫表层种和次表层种的氧同位素的变化来分析温跃层、上部水体垂直结构的变化,结合频谱分析以及与地球轨道参数(ETP)的交叉频谱分析,研究始新世以来尤其是北极冰盖形成时期西太平洋暖池的演变及其对地球轨道驱动的响应,为全球气候环境演化提供科学依据。     

用简单海气耦合模式研究西太平洋暖池的形成机制及其对大气扰动的影响——Ⅱ.西太平洋暖池的形成过程及其对大气扰动的影响的数值模拟(英文)

用第一部分建立的简单海气耦合模式,研究了西太平洋暖池的形成过程及其对大气扰动的影响。模式可以较好地模拟出热带太平洋海温“西高东低”的分布,以及“暖池”附近ＳＳＴ的水平梯度较小等特征。在垂直方向上海洋混合层深度关于赤道呈准对称的“马鞍”型分布特征也可以从理论上和数值模拟的结果中得到证实。模式中“暖池”形成的时间尺度大约为半年多,大气中凝结潜热的释放有利于“暖池”的快速形成,提高凝结潜热的释放的效率,“暖池”形成的时间就缩短。“暖池”形成的动力学机制是海气耦合系统中海洋Ｒｏｓｓｂｙ波振幅的不稳定增长所致。“暖池”区海气之间的耦合作用确实对热带大气的季节内振荡产生影响。当海气之间进行耦合作用时,可以模拟得到扰动传播的周期大约为５０多天（ｄ）,与实际观测相吻合。提高海气之间的耦合强度会降低扰动的传播速度,使传播周期明显加大。当不考虑海气之间的耦合作用时,模拟得到的扰动传播周期明显地比用耦合模式得到的要小。     

赤道西太平洋末次盛冰期以来的浮游有孔虫氧碳稳定同位素记录

对西太平洋暖池核心区MD01—2386柱状样最上部5m进行了高分辨率的浮游有孔虫Globigerinoides ruber和Pulleniatina obliquiloculata的氧、碳稳定同位素分析,结合AMS^14C测年,研究表明其属于末次盛冰期-全新世的沉积。赤道西太平洋海区末次盛冰期以来δ^18O值显著降低,但有几次回返事件。表层浮游有孔虫G．ruber比次表层温跃层属种P．obliquiloculata对于环境变化的响应要快,但后者变化的幅度较大。这两个种的氧、碳同位素差值反映出温跃层深度自末次盛冰期以来逐渐加深,并存在周期性的回返事件,说明西太平洋暖池晚第四纪冰期旋回存在气候不稳定性。     

西太平洋暖池核心区MIS 7期以来的古生产力变化:类ENSO式过程的响应

对取自热带西太平洋暖池核心区的WP7岩心进行了底栖有孔虫和钙质超微化石研究。在利用氧同位素曲线对比和AMS14C测年数据进行地层划分的基础上,依据底栖有孔虫和钙质超微化石指标,分析了距今近250ka以来区域生产力和上层海水结构的演变特征,探讨了其控制因素和所指示的古海洋学意义。计算结果显示WP7岩心所在的暖池核心区约在距今250ka以来初级生产力在冰期(MIS6期、4期和2期)高,在间冰期(MIS7期、5期、3期和1期)低,表明该区古生产力在长的轨道时间尺度上受北半球高纬度冰量变动的影响。钙质超微化石下透光带属种Flori-sphaera profunda百分含量指示的温跃层深度变化表明冰期温跃层浅、间冰期温跃层加深,这说明类ENSO式变化导致的冰期—间冰期温跃层深度波动可能是MIS7期以来暖池核心区古生产力在冰期高而在间冰期显著降低的直接控制因素。     

MIS 5期以来南极威德尔海生产力演化及其古海洋意义

南大洋有关大气二氧化碳分压（pCO2）冰期旋回机制的最新假说表明,冰期南极带生产力降低指示的深部流通状况减弱对CO2的封存,以及亚南极带生产力升高对CO2的固定能够圆满解释冰期大气pCO2的降低。显然,测试该假说合理性的关键是验证冰期旋回中南极带与亚南极带呈“镜像”关系的生产力演化特征。通过沉积物岩芯中生源蛋白石含量重建了MIS 5期以来南极威德尔海（南极带）生产力演化。结果显示,南极威德尔海生产力呈现暖期（MIS 5和3期）高、冷期（MIS 4和2期）低的冰期旋回特征以及总体降低的长期演化趋势。联合该生产力记录与搜集的南大洋其他海区多个生产力记录,确证了南极带与亚南极带“镜像”的生产力演化模式。进一步,通过该生产力记录与其潜在环境影响因素的对比,发现西风带经向移动和海冰张缩通过影响深部流通状况,进而控制深部营养物进入表层的可利用性,最终驱动MIS 5期以来威德尔海生产力演化的冰期旋回和长期趋势。南极威德尔海的深部流通状况对CO2的“收押”与释放很可能贡献了MIS 5期以来大气pCO2演化的冰期旋回和长期趋势。该研究确证了上述南大洋有关大气pCO2冰期旋回机制假说的合理性,表明南大洋在全球气候演化中扮演重要角色。     

近190ka B.P.以来西太平洋暖池北缘上层海水结构和古生产力演化特征及其控制因素——来自钙质超微化石、有孔虫和同位素的证据

对取自西菲律宾海暖池北缘的Ph05—5岩芯进行了钙质超微化石和有孔虫研究。在利用氧同位素曲线对比和AMS^14C数据进行地层划分的基础上,依据超微化石和有孔虫及其同位素组成等指标,分析了近190 ka B．P以来区域生产力和上层海水结构的演变特征,探讨了其控制因素和所指示的古海洋学意义。钙质超微化石下透光带属种Florisphaera profunda百分含量和基于浮游有孔虫转换函数的温跃层深度变化表明,Ph05—5岩芯所在的热带西太平洋暖池北缘约190kaB．P．以来,营养跃层和温跃层冰期（MIS 6期和5d-2期）浅,间冰期（MIS5e）和全新世深,而MIS5e期是最近两个冰期旋回中营养跃层和温跃层深度最深时期。通过Fprofunda百分含量初级生产力转换方程计算结果和与钙质超微化石绝对丰度的变化显示,冰期初级生产力高,间冰期和全新世初级生产力低,MIS5e期初级生产力为末两次冰期旋回之最低。此外,Ph05—5岩芯△δ^13Cc.wullerstorfi-coccolith和△6δ^12Cc.wullerstorfi-N.dutertrei.差值变化显示,190ka B．P以来表层输出生产力冰期高,间冰期低,其中最为突出的特征也是MIS5e期为生产力输出的最低值期。上层海水结构和生产力的上述变化特征与现代La Nina事件暴发时的海洋环境相当类似,该海区MIS5e期可能是LaNina事件频繁爆发的一段时期,可以与现代LaNina现象类比。同时,根据Wyrtki提出的信风张弛理论推测MIS5e期,由于LaNina事件的频繁暴发黑潮主流应该是增强的。     

用简单海气耦合模式研究西太平洋暖池的形成机制及其对大气扰动的影响——Ⅰ.简单海气耦合模式的建立(英文)

试图建立一个简单海气耦合模式,其中大气垂直分为两层,为－β平面近似线性模式。在非绝热加热项中包含了对流凝结潜热与大尺度流场之间相互作用的ＣＩＳＫ机制以及蒸发、感热与扰动风场之间的反馈机制,并考虑了东风区与西风区的不同。由于只研究大气的平均纬向运动,故模式大气中仅含有Ｋｅｌｖｉｎ波。海洋模式为一约化重力模式,只保留了Ｒｏｓｓｂｙ波。对这一海气耦合模式进行特征波动分析,发现考虑海气耦合效应并不影响大气波动的性质,在东风区大气Ｋｅｌｖｉｎ波仍然增幅和东传;在西风区大气Ｋｅｌｖｉｎ波振幅衰减。但海气耦合效应却使得大气Ｋｅｌｖｉｎ波的传播速度减慢,周期增大。当考虑海气耦合效应时,海洋Ｒｏｓｓｂｙ波的稳定性质发生变化,由原来的中性波动变为非中性波动。在西风区,波数小于某临界波数的长Ｒｏｓｓｂｙ波振幅增大,而短的Ｒｏｓｓｂｙ波振幅衰减。在东风区结论相反。对海气耦合模式中波动的分析,为数值模拟西太平洋暖池的形成及其对大气扰动的影响建立了理论基础。     

越南岸外上升流区48万年来高分辨率的生源组分记录及其古海洋学意义

南海西部越南岸外MD05-2901孔沉积物分析显示,该孔覆盖氧同位素1-12期,底界年龄约为48万年。生源组分记录显示表层古生产力冰期高、间冰期低,体现间冰期海平面下降、陆源物质输入增强的影响。生产力在末次冰期达到最高,体现末次盛冰期海陆差异增强,东北风发育对生产力提高的促进作用。碳酸钙含量变化呈现冰期早期含量低、冰消期和间冰期含量高的趋势。其冰消期的高值在MIS1/2、MIS3/4和MIS5/6分界处,与浮游有孔虫碳同位素低值对应,揭示该地区的碳酸钙沉积旋回是“稀释旋回”。同时碳酸钙含量变化领先于同一地区浮游有孔虫氧同位素的变化,证明低纬海区碳酸钙泵作用对大气二氧化碳浓度和温度有影响。滤波分析结果显示碳同位素存在23 ka的岁差周期和偏心率长周期,生源组分的含量变化显示出典型的岁差周期,体现南海季风环流的轨道响应,证明低纬热带过程是调节气候变化的重要因素。