海洋与全球变暖

在有关全球变暖的争论中．海洋对全球变暖起什么作用是关键问题之一．在对下一个世纪预测时人们提出海洋将通过吸收大量的热量来抑制全球变暖．Manabe和Stouffer(1993)看得更远些，他们撰文指出如果CO2持续释放到大气中使其浓度加倍，则北大西洋的热传送“输送带”作用将减弱，在一定的时间条件下还能恢复；但如果其浓度达到4倍时，     

海洋全球变暖的响应

在地球冷暖交替的变化中，欧洲如同跳跳板的最远一角，暖得最快也冷得最快；如果全球持续变暖，全世界都将变得温暖异常，包括西伯利亚地区，而欧洲会变成北半球的寒极，取代今天西伯利亚的地位，这种趋势说到底就是格陵兰和北冰洋的海洋持续融化的结果。[编者按]     

热带太平洋与热带大西洋海表温度主模态的相互作用

根据英国Hadley气候中心的海表温度资料和美国NCEP/NCAR中心的大气资料,研究了热带太平洋与热带大西洋海表温度主模态的相互作用。热带太平洋的ENSO可以导致大西洋Nino模态或经向偶极子模态,这主要是通过热带海洋-大气相互作用,或大气的太平洋-北美遥相关过程实现的。大西洋Nino模态的暖(冷)位相会导致赤道中东太平洋的海表温度降低(升高)。这可能是通过两种途径完成的:一种可能是大西洋Nino使印度洋增暖(变冷),进而引起赤道中太平洋的东(西)风异常,通过海洋-大气相互作用正反馈机制能发展成为La Nina(El Nino),使赤道东太平洋海温降低(升高);另一种可能是大西洋Nino直接可以导致太平洋Walker环流增强(减弱),从而使赤道东太平洋海温降低(升高)。     

末次间冰期大西洋中层水突然变暖对温盐环流减缓的响应

气候模拟研究预示 ,虽然全球气候仍在变暖以及水动力循环也在加强 ,但人类活动引起的温室气体浓度的增加 ,可导致大西洋经向倒转环流 (温盐环流 ,THC)的减弱甚至关闭(Cubasch等 ,2 0 0 1 )。因此 ,这是控制大西洋温盐环流得以持续的根本所在。但是 ,现今THC的实际观测还不足以说明其环流的强度是在变化的。气候模型显示 ,THC减缓的结果导致赤道大西洋中层水的显著且快速增温 ,表明大西洋中等深度的水体温度变化可作为THC的示踪剂。对大洋循环模型采用不同的边界条件 ,选择现今和冰川气候条件来演示大西洋中层水是如何响应的。中层水的…     

25ka以来热带大西洋的陆源通量

低纬度地区干旱的发展，尤其是北非巨大的成片陆地是一个带有广泛古气候意义的复杂问题、目前非洲干旱的发展有两种不同的模式。一种观点是湿润／干旱循环直接与通过北非加热形成的非洲季风的目射作用和陆一海气压对比结果联系在一起。这些循环首先出现在地球轨道运动距今23ha的时候、北非季风季节非常潮湿气候的存在可由非洲湖泊水面的14C测年和在地中海盆地的腐泥所证实，而腐泥是由很强的尼罗河径流造成深部流停滞而引起的，每一次季风带来降水和湖泊最大容量以后的几千年，淡水中的硅藻从缩小的湖底冲到热带大西洋中去了（Pokras和Mix…     

大西洋海水盐度发生显著变化

美国伍兹霍尔海洋研究所的Ruth Curry、英国洛斯托夫特渔业和水产养殖科学所环境中心的Bob Dickson以及加拿大贝德福海洋研究所的IgorYashayaev在最近发表的研究报告中指出，最近40年来，热带海域海水更咸，而靠近地球两极海域的海水更淡。这种大范围较迅速的海洋变化表明，近些年来的气候变化（包括全球变暖）可能正在改变调节着全球蒸发和降水及淡水循环的地球系统。     

全球变暖不同阶段热带辐合带的移动及其与大气能量输送的关系

基于第五次国际间耦合模式比较计划(The phase 5 of the Coupled Model Intercomparison Project,CMIP5)中在4.5 W/m^2的典型浓度路径(Representative Concentration Pathway,RCP4.5)试验结果,本文通过能量框架分析方法研究了全球变暖不同阶段热带辐合带(Intertropical Convergence Zone,ITCZ)的南北移动及其主要机制,发现在温室气体持续增加的海洋快响应和温室气体达到稳定后的海洋慢响应两个阶段,ITCZ的移动都和跨赤道的大气能量输送(Atmosphere Heat Transport,AHT)变化显著相关,但两者变化的原因在两个阶段中是不同的。在快响应阶段,ITCZ位置的移动以及跨赤道AHT受大气层顶(Top of the Atmosphere,TOA)的能量变化驱动,主要与南大洋云短波辐射响应、北半球中高纬度云和地表的短波辐射响应有关,气溶胶减少引起的辐射响应变化使得ITCZ在大多数模式中表现出向北移动的特征。在慢响应下辐射强迫保持稳定,ITCZ在大多数模式中表现出向南移动的特征。这一时期ITCZ的移动由大气表面能量通量变化驱动,主要与潜热通量变化的南北半球差异有关。全球变暖不同阶段ITCZ移动与大气能量输送变化的关系差异反映了海洋对于气候变化的重要调控作用。     

热带东印度洋SST对气候变暖和变冷的响应

The response of the eastern tropical Indian Ocean(ETIO) to heat fluxes of equal amplitude but opposite sign is investigated using the Community Earth System Model(CESM). A significant positive asymmetry in sea surface temperature(SST) is found over the ETIO—the warming responses to the positive forcing exceeds the cooling to the negative forcing. A mixed layer heat budget analysis is carried out to identify the mechanisms responsible for the SST asymmetry. Results show that it is mainly ascribed to the ocean dynamical processes, including vertical advections and diffusion. The net surface heat flux, on the contrary, works to reduce the asymmetry through its shortwave radiation and latent heat flux components. The former is due to the nonlinear relationship between SST and cloud, while the latter is resulted mainly from Newtonian damping and air-sea stability effects. Changes in the SST skewness are also evaluated, with more enhanced negative SST skewness over the ETIO found for the cooling than heating scenarios due to the asymmetric thermocline-SST feedback.     

全球变暖背景下气候内部变率导致热带辐合带移动的不确定性

基于两套模式的大集合试验结果,评估了气候内部自然变率对热带辐合带(ITCZ, Intertropical convergence zone)未来南北移动的影响。研究发现,模式间ITCZ的移动差异源自中高纬度的外强迫模拟差异,而气候内部变率主要通过热带过程调控ITCZ的位置变化。在通用地球系统模式大集合(Community Earth System Model Large Ensemble, CESM-LE)试验中,厄尔尼诺-南方涛动(El Ni■Oscillation, ENSO)振幅变化的自然变率会通过中等和极端厄尔尼诺降水的非线性信号调制ITCZ的移动幅度,而在MPI-GE(the Max Planck Institute Great Ensemble)试验中,ITCZ的位置变化主要与大西洋海温梯度信号异常有关,相较而言ENSO振幅对ITCZ的影响很有限。总体而言,全球变暖背景下由于内部自然变率引起的ITCZ南北移动不确定性幅度能解释未来预估模式间的差异约为20%,但对ITCZ移动的模拟不确定性有贡献。     

印度洋浮游生态系统的特点及其对全球变暖的响应

与太平洋和大西洋相比,印度洋有独特的季风和洋流系统和由此驱动的浮游生物分布及生产规律.在全球变暖的背景下,印度洋的变暖趋势比太平洋和大西洋更为显著,是研究变暖对海洋浮游生态系统影响的热点海区之一.文章结合国内外文献,评述印度洋浮游生态系统的现状、特点及对全球变暖的响应,包括印度洋的浮游生物地理分布、南北印度洋浮游生态系...     

Assessments of anthropogenic CO2 distribution in the tropical Atlantic Ocean

With a limited number of properties (salinity, temperature, total dissolved inorganic carbon, total alkalinity, and oxygen) from a recent cruise in the tropical Atlantic Ocean, we use the simple and recent approach TrOCA (Tracer combining Oxygen, inorganic Carbon, and total Alkalinity) to estimate the distribution of anthropogenic CO₂ along three latitudinal sections. In order to assess the quality of the anthropogenic CO₂ distribution, results from the method are compared to the CFC-11 measurements. We discuss the large-scale distribution of the main water masses of the tropical Atlantic Ocean in the light of the anthropogenic CO₂ and the CFC-11 distributions. Keeping in mind that the anthropogenic CO₂ emission began 60 years earlier than that of CFC-11, the former provides new insight on the local circulation and efficiency of the tropical waters to store the atmospheric carbon.     

台湾岛以东海域若干浮游动物对厄尔尼诺的响应

近年来,我国有不少海洋物理学家著文论述了强厄尔尼诺期间,台湾岛以东海域水文状况的变异.同时也有一些海洋生物研究者撰文阐述了台湾岛以东海域浮游生物的生态特征[1～6],但他们尚未涉及到浮游生物对厄尔尼诺的响应.     

1997/1998厄尔尼诺的发生与发展

厄尔尼诺现象是大尺度海气相互作用过程而引起的异常变化.由于伴随着厄尔尼诺的发生往往出现全球范围的气候异常,因此厄尔尼诺的诊断和预测引起了海洋学家和气象学家的密切注意.为了建立和改善厄尔尼诺的预报模式,寻求可供厄尔尼诺预报使用的预报因子和诊断厄尔尼诺发生与发展的物理条件是科学工作者面临的重大挑战.长期以来,为了选取那些具有明显的物理意义、预报提前量足够大的物理量,及早地诊断厄尔尼诺的发生、发展和消衰,海洋和气象学界付出了不懈的努力.例如,各种厄尔尼诺和南方涛动指数及反映全球气候异常的指标等都是这种努力的结果.回顾既往发生的厄尔尼诺过程,虽然有其共同的一面,但具体个例之间却又不尽相同.     

1997/1998年厄尔尼诺期间西太平洋热带对流区的东移

1997年5月至1998年春季,发生了本世纪以来最强的厄尔尼诺事件.全球许多地区的天气气候出现了显着的异常特征,并诱发了一系列的旱、涝及森林大火等重大灾害,引起了许多国家政府和社会各界的高度关注.厄尔尼诺事件的成因和影响是一个十分复杂的问题,尽管自1950年以来已先后出现过10多次,气象和海洋学家对此也作了大量研究,但迄今对它的认识依然相当有限.对它的成因,近些年来许多研究认为[1,2]:赤道东太平洋的强偏东信风,将洋面表层暖水吹向西太平洋赤道地区堆积形成暖池;由于某种原因,一旦偏东信风张驰(减弱),导致暖池中位能释放,暖水向东回流,赤道东太平洋洋面温度(SST)异常升高,厄尔尼诺发生.     

Sensitivity of near-surface Tropical Instability Waves to submonthly wind forcing in the tropical Atlantic

This study demonstrates the sensitivity of the near-surface properties in the tropical Atlantic Ocean to the high-frequency of the winds in numerical simulations. At intra-seasonal timescales (2–50 days), two distinct period ranges dominate the variability in the upper ocean: periods between 2 and 20 days, which are essentially wind-forced and periods between 20 and 50 days, due mostly to Tropical Instability Waves (TIWs). Using a numerical model forced by different wind fields, it is shown that the characteristics of the intra-seasonal variability in the ocean surface mixed-layer are strongly dependent on the wind forcing. Submonthly winds are shown to force large variability in the upper ocean that can strikingly decrease the amplitude of the TIWs in the mixed-layer and their imprint on the horizontal distribution of sea surface temperatures. Wind products containing too much energy at submonthly periods thus prevent wind-forced simulations from reproducing a realistic surface signature of TIWs, when compared to satellite observations of sea surface temperature. In addition, submonthly wind variability may be responsible for part of the observed interannual variability of the TIW signature in the temperature. The impact of submonthly winds is strongest in the mixed-layer: beneath the mixed-layer, all simulations show similar characteristics of the TIWs.     

热带太平洋第二类El Nio事件及其对中国气候的影响

基于热带太平洋次表层海温资料,分析了热带太平洋第二类El Nio事件海温异常的分布特征及其形成机制,讨论了与经典El Nio事件、El Nio Modoki、WP(西太平洋暖池)及CT(冷舌)El Nio事件之间的关系,揭示了第二类El Nio事件对中国降水的影响,得到以下结论。(1)第二类El Nio事件表征为热带太平洋次表层海温异常第三模态,占总方差贡献的4.7%。在海洋表面层,第二类El Nio事件暖期赤道东太平洋为沿赤道西伸的冷舌,热带中西太平洋为环绕冷舌的马蹄型大范围暖区。该型具11a和30~40a年代际振荡及3~4a年际变率,峰值多出现在春季。第二类El Nio事件是热带太平洋异常海面风应力场和赤道两侧的风应力旋度共同作用的结果,在赤道东印度洋-中西太平洋与赤道东太平洋-南美洲上空出现以反号垂直运动为特征的异常Walker环流。(2)El Nio Modoki与第二类El Nio事件有密切关系,它实质上是第二类El Nio事件次表层海温与近海面大气相互作用的结果,捕捉了第二类El Nio事件的主要信息。(3)第二类El Nio事件对中国春季及夏初降水有一定影响。在事件暖期,东海地区存在一个显著的异常反气旋性环流,其南侧的中国南方地区盛行异常东北气流,水汽来源减少,导致该地区少雨,其西侧的异常偏南气流北上直达华北地区,异常多水汽向北输送,并与北方的偏北流场相遇,导致该地区降水偏多。在第二类El Nio事件冷期相反。本文结果还指出,WP与CT El Nio事件是由经典El Nio事件第一模态与El Nio Modoki事件组合而成,它们不是独立的El Nio类型。此外,还讨论了夏半年El Nio事件对大气环流影响的物理过程。     

Ocean zoning in the Northwest Atlantic

A workshop held in Halifax, Nova Scotia, Canada, brought together marine policy makers, resource users and experts to discuss spatial planning in the marine environment. Participants explored concepts of ocean zoning and learned from other jurisdictions and related integrated management initiatives. An ocean user perspectives panel featured plenary addresses on the significance of ocean zoning to various sectors. Discussions at the workshop emphasized the need for involving all key players and clearly defining terms used in the spatial planning process.     

全球变暖背景下最近40年太平洋海面高度和热容量变化数值模拟

用Non-Boussinesq POP模式和1960—1999年NCEP的1 000hPa大气温度和风场资料,模拟了最近40a太平洋海面高度和热容量的变化,通过与实际观测结果比较,得出模拟结果可信的结论,并且得到了如下有意义的结果。1960—1999年由热膨胀引起的太平洋海面高度平均以0.5mm.a-1的速度上升,如果在此之后假设全球气温不再升高,由于海洋特别是深海还没有达到平衡,在未来282a太平洋深海继续增温导致平均海面高度还将以0.15mm.a-1的速度上升。1960—1999年太平洋海面高度平均变化率的水平分布显示,最大的下降率在热带中西太平洋,为7mm.a-1;最大的上升率在热带东太平洋,为8mm.a-1左右;中纬度太平洋中部海面高度是下降的,下降率1mm.a-1左右;另外在南半球的中太平洋南部海面高度也是下降的,下降率小于1mm.a-1,而在太平洋沿岸则基本上是上升区域;中国沿海海面高度的上升率为1.0mm.a-1左右,它相对于东太平洋沿岸的上升率要小很多。太平洋热容量从海表向下传播的速度是由快变慢的,到170m再由慢变快,到500m达到最快,在500m深度以下又逐渐变慢;在大多数情况下,El Ni o年份整个太平洋的热容量是比较高的,而La Ni a年份的热容量则比较低。     

An estimate of Atlantic Ocean thermal energy conversion (OTEC) resources

An interhemispheric box model of the Atlantic thermohaline circulation (THC) is modified by replacing the tropical box with two vertically resolved sub-domains. Seawater flows from large-scale ocean thermal energy conversion (OTEC) are allowed in one of the tropical sub-domains. Under present conditions and standardized OTEC operations, steady-state net power production density would reach a maximum of about 80 kW/km² (corresponding to 1.8 TW) with a cold seawater withdrawal per unit area of about 14 m/yr. This maximum reflects the impact of large OTEC flows on the oceanic thermal structure, although the THC would not be significantly affected. It is larger than a recently suggested worldwide value of the order of 30 kW/km² because of the relative strength of the Atlantic THC. Under asymmetric high-latitude warming scenarios potentially representative of current climatic trends, a substantial weakening or a reversal of the THC are possible. In the former case, recoverable OTEC resources could practically vanish. In the latter case, the emergence of a stronger reverse THC eventually could boost OTEC resources. Such events are hypothetical and would unfold over centuries, but the mere possibility of their occurrence challenges the accepted notion that OTEC resources are forever renewable.     

太平洋褶柔鱼冬生群资源丰度变动对ENSO事件的响应研究

太平洋褶柔鱼为大洋性经济鱼种,具有一年生命周期,其资源变动受气候和海洋环境条件的显著影响。本研究根据日本提供的2003-2012年太平洋褶柔鱼冬生群体的渔业统计数据,结合产卵场环境数据以及尼诺指数ONI（定义为Niño 3.4区海表温度距平值）,分析不同气候条件下（厄尔尼诺和拉尼娜）太平洋褶柔鱼冬生群体产卵场海表温度（SST）、叶绿素a（Chl-a）浓度以及适宜产卵面积（SSA）的变动情况及对其资源丰度（CPUE）的影响。结果表明,太平洋褶柔鱼冬生群体产卵场SST、Chl-a浓度和SSA具有明显的季节性变化。相关分析表明,各年CPUE与Chl-a浓度以及SSA具有显著的正相关关系（p<0.05）,但与SST相关性不显著（p>0.05）。此外,厄尔尼诺和拉尼娜事件通过驱动太平洋褶柔鱼冬生群体产卵场SSA和关键海域（25°-29°N,122.5°-130.5°E）内的Chl-a空间分布和大小变化,从而改变其资源丰度,但影响作用随各异常事件的强度不同而变化,具体表现为：发生弱强度厄尔尼诺事件时,产卵场SSA较高,Chl-a浓度处于较低水平,导致资源补充量处于较低水平,CPUE降低;发生中等强度厄尔尼诺事件时,产卵场SSA较低,但Chl-a浓度处于较高水平,导致资源补充量增加,CPUE处于上升水平;发生中等强度拉尼娜事件时,产卵场SSA和Chl-a浓度均处于较高水平,资源补充量显著增加,CPUE显著升高。研究表明,厄尔尼诺和拉尼娜事件对太平洋褶柔鱼冬生群体产卵场摄食孵化环境和资源丰度变动具有显著影响。