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。     

成都平原4 kaBP以来黏土矿物记录的古气候变化

利用X射线衍射方法对成都金沙遗址IT6814探坑约4 m厚(约4 kaBP以来沉积)地层剖面的黏土矿物进行了分析,发现黏土矿物主要由伊利石、绿泥石、伊利石-蒙脱石混层矿物和少量高岭石组成。根据黏土矿物含量变化的分析和对比研究,划分出成都平原黏土矿物变化的5个阶段,得出成都平原的气候变化经历了由温凉偏干与温暖潮湿的交替,在2 500 aBP发生了较为明显的快速降温过程。通过对比探讨了古人类活动对黏土矿物的影响尺度,认为古人类活动的影响较低,黏土矿物的成分和含量可以作为气候变化的指示剂。     

孟加拉湾海平面异常的年际变化及其对ENSO的响应

利用卫星高度计数据分析了1993年1月至2009年12月孟加拉湾海平面变化特征。分析表明,孟加拉湾海平面的平均上升速率为1.9mm/a。孟加拉湾SLA(海平面异常)明显地受ENSO(厄尔尼诺与南方涛动)循环的调制,前者对东太平洋海表面温度异常Nino3指数呈现显著的反位相相关。厄尔尼诺事件发生时(如1997年),孟加拉湾平均SLA呈现负值;拉尼娜事件发生时(如1998年),孟加拉湾平均SLA呈现正值。ENSO循环通过孟加拉湾海域风场异常和赤道处的西风异常来影响孟加拉湾SLA。厄尔尼诺事件发生前,首先在西太/东印度洋出现赤道西风异常,之后孟加拉湾上空出现反气旋式风场异常,通过Ekman抽吸使得海湾四周的海平面异常下降,海湾中心的海平面异常上升;拉尼娜事件发生时则正好相反。比容海平面异常对孟加拉湾平均海平面异常的年际变化也有贡献。经小波相干分析发现,在3.5—5.0年周期的范围,孟加拉湾的比容海平面异常和Nino3指数存在位相相反的相干;由于孟加拉湾是西太-东印度洋暖池的一部分,当厄尔尼诺事件发生时,暖池温度下降,孟加拉湾海水温度也下降,故热胀冷缩引起比容海平面降低。     

赤道潜流变化及其与ENSO的关系

应用TOGA/TAO实测海流和SODA全球海洋再分析资料,分析研究了热带太平洋赤道潜流的变化特征及其与ENSO循环的关系,初步探讨了赤道潜流变化对两种不同类型(中部型和东部型)ENSO事件的影响。对赤道潜流距平场的EOF分解表明,第一模态为"东太平洋潜流模态",特征向量主要反映东太平洋赤道潜流的变化情况;第二模态为"中太平洋潜流模态",特征向量主要反映中太平洋赤道潜流的变化情况;这两个主要模态基本可以反映赤道潜流距平场的主要信息。这两个模态对应的时间系数有明显的年际变化特征,并且与NINO指数都有较好的负相关,最大相关均通过99.9%的信度检验。相关分析表明潜流第一模态的变化滞后于NINO指数变化,而第二模态的变化则提前于NINO指数变化,即ENSO事件对东太平洋赤道潜流的变化有一定影响,而中太平洋的潜流变化又会对ENSO事件产生影响。通过个例分析表明,中太平洋赤道潜流的变化对两种不同类型ENSO事件的发生有重要影响。在东部型ENSO事件发生前,中太平洋赤道潜流增强,这样西太平洋暖池的异常海温在潜流的引导下快速向东传播,直接到达东太平洋形成东部型ENSO事件;中部型ENSO事件发生前,中太平洋赤道潜流明显减弱,西太平洋的异常海温不能迅速东传速,在中太平洋堆积上升到达海面,使得中部型ENSO事件爆发。     

西太平洋暖池海温的时空变化及其在ENSO循环中的作用

应用SODA_1.4.2版本资料,分析研究了热带西太平洋暖池(以下简称WPWP)海温场的变化特征,讨论了WPWP海温的时空变化特征与ENSO之间的联系途径.分析结果表明,在上层海洋,WPWP的海温场在垂向结构上具有显著的年际变化特征,在不同深度存在较大差异.表层的异常海温出现明显的增温趋势,在47年期间(1958-2004)增温幅度达0.15℃.而随着深度的增加,异常海温出现明显的降低趋势,次表层(120-170 m)的降温幅度最大,其降温可达-0.72℃.这种变化可能与20世纪70年代末WPWP区域的海温场发生突变过程存在一定关系.另外,在热带太平洋温跃层曲面上,WPWP区域海温变化与赤道东太平洋海温变化存在"跷跷板"现象.据此,定义了赤道东西太平洋温跃层曲面上异常海温变化强度指数,为ENSO循环过程的研究提供了又一参考依据.通过对WPWP不同深度的异常海温和海流分析发现,WPWP异常海温的东传过程与赤道潜流的强弱变化存在密切关系.     

沿22°～18°N航线上CO2对ENSO和LaNina的响应的季节变化

根据1986年11月～1997年12月期间在114°～130°E,沿22°～18°N航线各航次所测量的大气和表层海水中的CO     

白令海北部陆坡23 ka以来古生产力变化及其对海冰扩张的响应

本文基于白令海北部陆坡ARC6-B11岩心的沉积物粒度、颜色反射率、有机碳/氮含量和高分辨率化学元素XRF扫描数据,结合底栖和浮游有孔虫AMS14C测年资料,重建了研究区23 ka以来至中全新世的沉积记录,重点研究了海冰的扩张变化对生产力和沉积物输入的影响。研究结果显示,末次盛冰期白令海北部陆坡受到海冰南向扩张的影响而生产力较低,沉积物中砂粒级和冰筏碎屑（IRD）含量较高。HS 1时期由于受到常年冰的覆盖,沉积物中砂粒级和IRD含量存在低值,沉积物中较高的总有机碳（TOC）含量受陆源有机质的影响较大,异常的TOC含量峰值主要受到低海平面和海冰形成过程产生的富氧水团控制下的高浓度细粒物质携带的陆源有机质的快速沉积作用的影响,难以作为反映白令海古生产力的替代指标。B/A暖期和全新世生产力较高,在B/A暖期存在Ca/Ti峰值现象,Ca/Ti峰值现象的产生与碳酸盐补偿深度增加有关,水体通风条件的改变可能起到一定的作用,也不能忽视颗石藻对其产生的潜在影响。     

吕宋海峡內潮的季节变化特征及其对背景流的响应研究

基于2008年秋季至2009年夏季共9个月的锚定潜标流速资料,分析了吕宋海峡西南內潮的时空特征.谱分析结果显示,该观测点全日內潮和半日內潮较为显著,尤其体现在顺时针旋转部分.除春季第二模态占优外,全日內潮主在其余三个季节均以第一模态为主,而半日內潮呈现变化的多模态结构.此外,全日內潮的动能具有明显的季节差异,冬季能量最强,夏季紧随其后,而在春、秋两季能量最小.通过分析发现,非相干运动对此季节性特征起主要作用,它反映了內潮与背景场的相互作用.然而,半日內潮却没有显著的季节性差异,而且能量较全日內潮更小,尤其在冬季,只有全日內潮动能的三分之一.同时,半日內潮的不规则变化也是与多变的背景场相关的.半日內潮的非相干部分占到了半日內潮总能量的37%左右,而全日內潮更小一些,只有22.2%.     

渤黄海海平面的变化及其与ENSO的关系

利用1992年12月至2007年5月的高度计资料,研究了渤黄海海平面的变化特征。统计分析表明,近14a间渤海及北黄海、中央黄海海平面的平均上升高度分别为45.9mm和34.7mm,各海域的海平面上升速度不完全相同。研究发现,南方涛动指数(SOI)、纬向风应力距平都与渤海及北黄海、中央黄海的SLA呈负相关性,渤黄海海平面显著受SOI、纬向风应力调制,并且,SOI与渤黄海海域的风场之间有良好相关。将坐标系进行旋转后,获得与当地海平面异常相关最大的风应力方向。对SLA与新坐标系下风应力距平u的低频分量分析发现,渤海及北黄海海区、中央黄海对海平面影响最大的风应力距平u方向分别为东偏南20°方向、东偏南8°方向,风应力距平u分量与SLA、SOI的低频分量呈现更好的相关性。ENSO通过大气环流过程对渤黄海海域的风场产生影响,当地风场通过纬向风应力对渤黄海海平面的年际变化产生调制作用。因此,ENSO可以通过风应力对渤黄海海平面产生影响。     

西太平洋暖池纬向变异及其对ENSO的影响

基于SODA再分析资料以及SST、JEDAC和TAO观测资料,利用加权平均法建立了具有良好代表性的暖池整体暖水的纬向运移指标序列,并利用Morlet小波变换等分析方法,研究了暖池的纬向变异特征及其对ENSO的影响。结果表明,暖池具有明显的年际(2—7年)和年代际(10—16年)纬向变异,并在1976年前后经历了一次由弱到强的气候跃变。暖池内部的暖水大致可以50m为界分为上、下两部分,其上半部分的纬向变异幅度非常大,而其下半部分的纬向变异幅度则相对较小。但两者具有很一致的年际、年代际变化趋势。暖池的年代际纬向变异对赤道中太平洋纬向风应力和纬向流有较好的响应,而且对赤道西太平洋上层热含量变化有较大影响。相关和合成分析表明,暖池的东扩、西缩对ENSO暖(El Nio)、冷(La Nia)事件的形成和发展具有直接的影响,而且暖池的异常东扩对El Nio有增强作用。     

沿22°～18°N航线上CO_2对ENSO和La Nina的响应的季节变化

根据1986年11月～1997年间月期间在114°～130°E,沿22°～18°N航线各航次所测量的大气和表层汽水中的CO2分压和总CO2浓度的变化,分析海气分压差（△PCO2）和溶解的总CO2浓度（TCO2）在不同季节对海气异常事件的响应。结果表明,无论春、夏、秋、冬,在ENSO暴发期和成熟期TCO2为高值,△PCO2为正值;在LaNina时TCO2为低值,△PCO2为负值;在ENSO暴发前、后,海-气C02分压呈近平衡状态;PCO2（air）和PCO2（sw）在各季节对ENSO的响应一致。在ENSO成熟期为高值,在ENSO暴发前和暴发期为低值;海气分压差与PCO2（SW）一致变化,在ENSO期间达最大值。海气CO2输送通量（Flux）以秋季ENSO期间达最大,而在LaNina时减小,在ENSO暴发前和结束后成为相反向,即从大气到海洋的CO2弱输送。本文根据1986年～93年七个航次的平均值讨论了各季节TCO2的距平对ENSO和LaNina的响应特征及最显著变化区段,并依此推断出：1995年10月,显示1991～95年ENSO结束,1996年5月出现ENSO暴发前的信号,在1997年7月是夏季ENSO暴发期特征,在1997年12月呈现强烈的ENSO特征。     

新疆北部雨季降水的小波分析和对ENSO的响应关系研究

在过去的几十年中,国内外气象专家关于ENSO对中国中东部降水与旱涝的影响研究比较多,20世纪70年代,陈烈庭[1]提出赤道东太平洋海温是通过赤道地区的平均纬圈环流、105°～130°E的平均经圈环流这一重要环节影响江淮流域汛期降水的.20世纪80年代,史久恩等[2]、李麦村等[3]分别研究了厄尔尼诺事件及赤道太平洋海温与我国汛期降水的关系,符棕斌[4]研究了ENSO的年际变化及其对长江流域梅雨的影响关系.     

山东气候年际变化特征及其与ENSO的关系

利用1951年以来65年的热带太平洋海表面温度数据和中国气温以及降水的站点观测资料,通过标准化处理和合成分析的方法,分析了山东气温和降水的季节气候特征及其年际变化,揭示了ENSO冷暖位相发展年及衰减年与山东气温和降水年际气候异常的关系。结果表明:在气温方面,山东地区春夏和秋冬季节温度分别呈经向和纬向分布,降水一年四季都表现为南多北少的特征;冬季鲁西北的气温年际变化在1°C以上,最为显著,而秋季气温的年际变化最不明显。对于降水的年际变化,夏季鲁西北、鲁南东部和胶州湾西部地区的年际变化最大,季节累计降水量异常最大达120mm以上,冬季降水年际变化最弱。ENSO对山东地区不同季节气温和降水异常强度的影响并非严格反对称,且存在显著的空间分布不均匀性;拉尼娜对山东气温年际变化的影响要比厄尔尼诺强、且影响范围广,厄尔尼诺对山东降水年际变化的影响更明显;厄尔尼诺和拉尼娜发展年和衰减年夏季对山东南部沿海地区(以青岛为例)气温正负变化的影响是反对称的,但是对内陆地区(以济南为例)而言,在厄尔尼诺/拉尼娜发展年冬季以及衰减年夏季两者对济南气温的影响是一致的;ENSO发展年夏季和秋季,厄尔尼诺/拉尼娜对南部沿海地区和内陆降水的影响不对称,但是对衰减年夏季降水的影响是反对称的。     

晚更新世以来古气候与海平面变化在东海地区的响应

第四纪特别是晚更新世以来气温的大幅度冷暖变化,导致全球海平面的变化,引起陆架海侵和海退。东海陆架的气候和海平面变化与全球变化基本同步。晚更新世以来,东海陆架随全球气候变化发育多次海进海退旋回。东海陆架上的古河道、古三角洲和潮流沙脊等沉积体系的形成和演化与海平面升降变化存在耦合关系。     

热带气旋活动对中国夏季雨带类型与ENSO的响应关系

本文分析研究了热带气旋１）活动与中国夏季２）３组（包括８种）主要多雨带类型的响应关系。同时对热带气旋活动与夏季大陆气温和ＥＮＳＯ事件的始终时间的响应关系，也进行了探讨。分析表明，夏季中国的雨带分布特征对热带气旋活动有着十分重要的指示意义。热带气旋活动与中国大陆气温有着正相关关系，与ＥＮＳＯ事件的发生有着反相关关系     

印度洋鲣鱼围网资源渔场时空变化及其与ENSO的关系

鲣鱼是印度洋重要的金枪鱼种类之一,其资源丰度与海洋环境关系密切。本研究根据1980-2010年印度洋鲣鱼围网生产统计数据以及海洋环境与厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）指数等,对印度洋鲣鱼围网资源渔场时空分布,以及厄尔尼诺年和拉尼娜年等不同尺度气候条件下鲣鱼资源渔场时空变动及其与海洋环境因子的关系进行分析。研究结果表明,1980-2010年印度洋鲣鱼围网渔获量基本保持不断增加的趋势,但CUPE值变化幅度较大,最低仅为0.68 t/d（1997年）,最高达到1.58 t/d（2002年）。同时鲣鱼资源丰度（CPUE）与Ni?o3.4区指数存在显著的负相关关系,即厄尔尼诺年,鲣鱼CPUE 随之下降,拉尼娜年,CPUE 随之上升。ENSO现象对鲣鱼渔场时空分布也有显著影响,厄尔尼诺发生时,鲣鱼围网作业渔场重心会向东、向北移动,而拉尼娜年则向西、向南移动。     

冬季白令海海冰范围变化及其对大气响应机制研究

白令海是冬季北极海冰变化最明显的区域之一,该区域海冰的季节和长期变化与局地的气候、水文环境和生态系统密切相关,并会影响我国的天气气候过程。为了识别该区冬季海冰的长期变化,基于Hadley中心数据,采用滑动t检验和线性回归分析方法对白令海1960–2020年海冰范围的变化趋势及其空间差异进行分析,并分析了海冰变化对大气环流等大气强迫的影响。结果表明：白令海冬季海冰范围在1960–2020年显著减小,20世纪70年代和2000年前后白令海海冰范围存在显著的均值突变。其过程中伴随着阿留申低压中心低压加强、核心位置向白令海西部偏移以及对应风场分布的变化,这个过程存在一个近20 a周期的振荡。同时,太平洋年代际震荡的相位变化可以通过改变海平面气压来调节经向风,改变进入白令海的热平流,进而影响白令海冬季海冰范围。因此,阿留申低压系统和北太平洋年代际振荡对冬季白令海海冰的变化起到重要的调节作用。     

东帝汶海30ka以来的表层水和温跃层水温度变化及其古海洋学意义

研究了钻取于东帝汶海印尼穿越流出口处MD98-2172岩心沉积物,分析了浮游有孔虫表层水种Globigerinoides ruber和温跃层水种Pulleniatina obliquiloculata的Mg/Ca值,重建了30kaBP以来东帝汶海区的表层水温度和温跃层水温度。结果显示东帝汶海区末次冰盛期以来表层水温度距早全新世的最大温差约为4.2℃;冰消期间表层水温度有两次显著的降温事件,可分别与新仙女木事件和海因里希事件1对应;约15kaBP以来帝汶海表层水温度与南极大气温度记录同相位变化,说明热带海区与高纬度地区气候变化有着紧密联系。末次冰盛期以来温跃层水温度距早全新世的最大温差约为4℃;全新世温跃层水温度呈现出波动降低的过程,最大降温幅度约3℃;表层水温度和次表层水温度差值在全新世逐渐增加,指示了温跃层深度的持续变浅,这一变化可能与海平面上升、季风活动和厄尔尼诺-南方涛动事件影响的印度尼西亚穿越流次表层流增强有关。     

末次盛冰期以来南海西北陆坡沉积物来源及其常微量元素对古气候变化的响应

基于有孔虫AMS~(14)C测年的年代框架,通过对南海西北陆坡ZK2岩芯沉积物粒度、常微量和稀土元素的分析,探讨了南海西北陆坡末次盛冰期以来的沉积物来源及其对古气候的响应。研究结果显示,ZK2孔沉积物可划分为2个沉积单元:Ⅰ层(0～11.6 ka BP)为全新世沉积,Ⅱ层(11.6～28 ka BP)为末次冰期沉积。通过对其物源进行判别,可得南海西北陆坡的沉积物元素主要为陆源元素组合,且以长英质物源为主,主要来自于海南岛和珠江,红河和湄公河对其贡献相对较少。根据其典型常微量元素比值同其它古气候参数的对比,发现从末次盛冰期到末次冰消期气候逐渐变得温暖,源区的化学风化作用不断增强,到全新世时气候呈现由冷干变为暖湿,其在7.3ka BP达到顶峰,然后又变为冷干的状态。东亚夏季风的强度变化同30°N夏季日照辐射量相一致,说明其主要受北半球夏季太阳辐射的驱动。     

南海北部沉积物磁化率对古气候非线性变化的响应

对南海北部海区ＳＯ－５０－２９ＫＬ柱样全孔磁化率与古气候变化作对比研究，结果表明：（１）沉积物磁化率较好地响应着古气候的变化，存在明显的地球轨道偏心率、岁差及岁差半周期，（２）奇异谱分析结果显示十余万年来磁化率曲线的统计维为９，与黄土获得的结果基本一致．各主成分变化的周期均与增分析所得的周期大致吻合；（３）奇异谱分析所得的各成分的变化特征显示了过去十余万年古气候存在明显的非线性变化。