利用珊瑚生长率重建西沙海域罗马暖期中期海温变化

珊瑚生长率是记录海水表层温度（SST）的一个重要代用指标。本文以南海中北部西沙永兴岛罗马暖期期间发育的3个澄黄滨珊瑚（Porites lutea）为材料,测量它们的骨骼生长率,并利用珊瑚骨骼生长率与SST的关系式定量重建海温年际变化序列。结果显示：3个滨珊瑚（生长于120-59 BC、46 BC-14 AD和30 BC-28 AD期间）的平均生长率分别为0.88 cm/a（变化于0.53~1.24 cm/a之间）、0.90 cm/a（变化于0.58~1.53 cm/a之间）和1.12 cm/a（变化于0.71~1.46 cm/a之间）。据此重建同时段年平均SST,相应结果分别为26.7℃、26.8℃和27.3℃。2 kaBP前后（120-59 BC,46 BC-28 AD）西沙海域平均SST为26.9±0.4℃,低于现代（1981-2010 AD）约0.7℃。     

中全新世海南潭门滨珊瑚的生长率特征及其气候意义

珊瑚生长率是珊瑚古气候研究的重要指标,其反映珊瑚生长快慢,并提供高分辨率的海水表层温度变化信息。中全新世作为当前全球变暖的地质历史相似型,利用珊瑚生长率重建该时期的气候环境状况对于理解现代气候变化的过程及其机制具有重要的参考价值。文章对采自海南潭门珊瑚岸礁的23段中全新世（6143—4356 a BP）滨珊瑚进行生长率分析,并基于该区域现代（2005—2021 AD）滨珊瑚生长率与SST的关系重建了中全新世期间共406 a的年均SST序列。结果显示：1）中全新世滨珊瑚生长率的变化范围为0.607～1.670 cm/a,均值为1.079 cm/a,且存在明显的波动变化过程;2）基于生长率重建的中全新世平均SST为25.7±0.54℃,这与全球变暖程度加剧背景下的现代海温相近;中全新世年均SST的变化范围为24.7～26.8℃,其中5860、5660和5160 a BP为3个显著的低温期;3）对比现代与中全新世（5427—5394、5243—5209、4515—4456和4404—4356 a BP）珊瑚生长率的频谱周期,发现现代与中全新世珊瑚的生长率均存在显著的3～7 a ENSO周期,...     

利用珊瑚生长率重建西沙海域工业革命以来的海温变化

以南海北部西沙群岛永兴岛发育的澄黄滨珊瑚(Porites lutea)为材料,构建了珊瑚骨骼生长率温度计,并以此为基础重建了工业革命以来(1880―2007年)西沙海域SST变化序列。结果发现:1880―2007年,西沙海域SST的波动范围26.1~28.5℃,平均值为27.27℃。1880―1892年为降温期,西沙海域SST波动下降,在1892年达到近百年来的最低值(26.1℃)。1893―1935年为西沙海域SST低温平台期,SST以波动为主;1936―1957年西沙海域SST先升后降,变化呈单峰模式。1957―2003年,SST呈现快速增温趋势。2003―2007年,西沙海域SST出现"增温停滞"现象。在年代际尺度上,西沙海域SST的整体变化模式可能受气候系统准60 a周期调控。在年际尺度上,冬季风强度、火山活动以及ENSO等共同对西沙海域SST产生影响。人类活动导致的全球增暖可能在1957年之后才成为西沙海域SST增温的主要驱动因素。2003―2007年西沙海域出现的降温趋势是对全球"增温停滞"的响应,是自然强迫和人为强迫相互作用的结果,西沙海域SST这种短暂的降温趋势很可能随着自然强迫作用的减弱而重新被增温模式所代替。     

全球气候变暖对西沙、南沙海域珊瑚生长的潜在威胁

利用近50年来西沙、南沙海域SST及全球温度资料,分析西沙、南沙海域SST的长期变化趋势及其与全球温度变化的关系,结果得出,西沙、南沙海域年均SST的增温率分别为(0.02±0.004)℃/a(1961-2007年)和(0.016±0.002)℃/a(1950-2007年),均高于全球温度的增温率[(0.012±0.001)℃/a,1950-2007年];西沙最热月6月份SST增温率高达(0.026±0.004)℃/a(1961-2007年),南沙最热月5月份SST增温率也达(0.011±0.003)℃/a(1950-2007年);并且西沙、南沙海域SST与全球温度存在显著的正相关性,意味着它们之间复杂的关系.预计到2030年西沙6月份SST将达30.6～1.3℃,南沙5月份SST将达30.3～30.8℃;到2050年西沙6月份SST将达31.0～32.3℃,南沙5月份SST将达30.6～31.4℃.依据珊瑚白化的温度上限(31℃),推测2030后,西沙、南沙海域将很有可能频繁地发生珊瑚白化现象,这对珊瑚生长极为不利.虽然珊瑚可能会调整自身以适应全球变暖,但采取一定的人为干预措施加以保护更为重要.     

三沙市美济礁滨珊瑚记录的近百年海面温度变化

利用南沙群岛美济礁滨珊瑚Sr/Ca建立与海面温度（SST）的关系式,后报近百年南沙群岛海区高分辨率的SST序列。结果显示：美济礁近百年SST的年平均值为28.4℃,最高值为29.2℃（1998 AD）,最低值为27.6℃（1917 AD）,相差1.6℃。近百年SST呈增暖趋势,升温速率为0.025℃/10 a,但存在年代际的温度波动,其中1906―1927 AD呈降温态势,1928―1938 AD呈增温态势,1939―1957 AD呈降温态势,1958年后SST呈波动上升趋势。近百年SST呈现3.5 a、33 a周期,显示受ENSO和太平洋年代际涛动（PDO）影响。     

利用珊瑚的影像密度恢复南海海表温度

将南海西沙永兴岛(16°50'N, 112°20'E)西北的造礁珊瑚的岩芯,制成X射线负片.用显微光密度计在X射线负片上获得沿生长轴方向的影像密度值,时间序列为1937～1993年.根据影像密度数据,计算出珊瑚的各年生长率和钙化率的代用指标.珊瑚生长率和钙化率的代用指标都与SST呈显著正相关.根据1960～1993年的资料统计,相关系数分别是0.91和0.85,从而建立了珊瑚生长率温度计和钙化率代用指标温度计.并用这两个温度计测算到1937年,揭示出南海的SST变化既受到全球气候环境变化为主的影响,也受到半封闭海域格局的影响.     

南海滨珊瑚骨骼密度带的季节特征及其主要环境影响因素

滨珊瑚（Porites）是南海造礁石珊瑚群落的主要优势种之一,广泛应用于珊瑚礁生态以及高分辨率气候环境响应和重建研究。滨珊瑚不同季节生长形成的骨骼密度条带是开展相关研究的重要基础,而前人对于滨珊瑚骨骼密度带季节性的认识多是基于单一地点的样品,存在地域的差别或矛盾。选取南海不同地点典型珊瑚礁区包括北部海南文昌、中部西沙群岛永兴岛和盘石屿、南部南沙群岛美济礁的 4 个现代活体滨珊瑚骨骼样品,利用数字影像分析方法以及电感耦合等离子体原子发射光谱和气体稳定同位素比质谱仪分别分析了滨珊瑚骨骼密度条带影像灰度和地化指标（Sr/Ca 和 δ 18 O）。结果显示,滨珊瑚样品骨骼密度和地化指标都呈现显著的季节变化。结合海温数据,揭示出样品骨骼密度带季节特征的地域差异,其中,北部文昌滨珊瑚样品骨骼高密度带形成于夏季,低密度带形成于冬季;中部永兴岛样品高密度带形成于秋季,低密度带形成于春季;盘石屿样品高密度带形成于春季,低密度带形成于秋季;南部美济礁样品高密度带形成于冬季,低密度带形成于夏季。采用广义加性混合模型进一步分析了滨珊瑚样品骨骼密度与 3 个主要环境影响因子（海温、光照和盐度）的响应关系。结果表明：不同地点滨珊瑚样品的骨骼密度与主要环境因子的关系也各有不同,考虑样品个体和地点的随机效应,4 个地点滨珊瑚样品的骨骼密度整体上与海温和光照存在非线性响应关系,反映了在南海大空间尺度上,海温和光照可能是影响滨珊瑚样品骨骼密度季节变化的主要环境因素。     

珊瑚的影像密度恢复南海海表温度

将南海西沙永兴岛 ( 1 6°50′N,1 1 2°2 0′E)西北的造礁珊瑚的岩芯 ,制成 X射线负片。用显微光密度计在 X射线负片上获得沿生长轴方向的影像密度值 ,时间序列为 1 937～ 1 993年。根据影像密度数据 ,计算出珊瑚的各年生长率和钙化率的代用指标。珊瑚生长率和钙化率的代用指标都与 SST呈显著正相关。根据 1 960～ 1 993年的资料统计 ,相关系数分别是 0 .91和 0 .85,从而建立了珊瑚生长率温度计和钙化率代用指标温度计。并用这两个温度计测算到 1 937年 ,揭示出南海的 SST变化既受到全球气候环境变化为主的影响 ,也受到半封闭海域格局的影响     

南沙群岛永暑礁澙湖沉积的晚全新世风暴事件记录

位于南沙群岛永暑礁西南小澙湖的南永4井岩芯柱中含多层珊瑚枝和珊瑚砾石的堆积,反映了突发性风暴事件造成的珊瑚碎屑快速搬运和堆积。全新世晚期约4 000 aBP以来,澙湖珊瑚砾堆积记录了1 400870BC、660BC390AD、600770AD和940-1992AD 4个主要的风暴事件频发时期,并且风暴的强度呈阶段性增强。风暴事件还表现出千年和百年尺度的周期性波动,具有1 280 a、370 a、210230 a、140150 a和90 a的准周期,与全新世气候环境的周期性变化相对应,很大程度上受太阳活动周期变化的影响。     

近45年涠洲岛5次珊瑚热白化的海洋站SST指标变化趋势分析

根据涠洲岛珊瑚礁普查(Reef Check)历史资料和涠洲岛海洋站实测海表温度(SST)历史资料,采用对比分析与相关分析方法,分析1966―2010年该岛珊瑚热白化的SST指标变化特征,结果显示:1)涠洲岛珊瑚热白化的最热周平均SST值为31.6℃或最热日平均SST值为32℃;2)1966―2010年涠洲岛的逐年最热月月均SST、最热日日均SST、年极端最高SST及最热周平均SST呈准同步变化,彼此间的相关系数为0.71~0.89,4种珊瑚热白化SST指标没有显著上升趋势;3)最热月月均SST和最热周平均SST的变化趋势与全球变暖在统计上存在显著相关关系。     

未来海平面上升对涠洲岛珊瑚礁的可能影响

根据涠洲岛珊瑚样品资料和涠洲岛海洋站实测雨量、盐度、pH、潮位、最大波高及珊瑚普查历史资料,分析气候变化、海平面上升对涠洲岛珊瑚礁的可能影响。结果显示:1)涠洲岛的多年平均雨量为1388mm,多年平均盐度为32.1,目前海水pH值为8.0~8.23,均在珊瑚生长合适范围内;2)用P-Ⅲ型算式得出涠洲岛的水文要素百年一遇极值为:年雨量2313mm,最高潮位514cm,最大波高6.1m;3)涠洲岛珊瑚生长率(6~8mm/a)大于海平面上升率(2.2mm/a),涠洲岛最大潮差为450~500cm,夏季白天遇低潮时,会增加珊瑚白化概率;4)若未来海平面上升30cm,遇上512cm高潮位与580cm最大波高,不会对涠洲岛珊瑚礁造成毁灭性破坏。     

海南岛澄黄滨珊瑚共生藻对环境变化的适应性

在全球气候变暖和人类活动加剧导致珊瑚礁严重衰退的背景下,以抗逆性强的澄黄滨珊瑚（Porites lutea）为研究对象,于 2013 年 10 月―2014 年 8 月在海南岛文昌和三亚对其共生藻密度及光合效率开展了季节性调查研究。结果显示：1）澄黄滨珊瑚共生藻的密度及光合效率均存在显著的季节变化,共生藻密度在冬季最低、夏季较高,其光合效率在冬季较高,春夏季较低。2）澄黄滨珊瑚共生藻密度的空间差异远小于其季节变化的差异,但水深 1~2 m 澄黄滨珊瑚共生藻的密度普遍高于水深 4~6 m 的澄黄滨珊瑚,三亚澄黄滨珊瑚共生藻的光合效率明显高于文昌。3）进一步分析发现,在诸多环境因子中,海表温度 SST 和水体营养是驱动海南岛澄黄滨珊瑚共生藻密度及光合效率变化的主要环境因素,而光合效率的空间差异则可能是珊瑚对生存环境长期驯化的结果。由于文昌和三亚沿岸海水养殖和潜水旅游等人类活动频繁,礁区海水面临富营养化的风险,推测海南岛澄黄滨珊瑚面临 SST 上升和营养胁迫联合效应的严重威胁。     

气候变化对中国古代财政平衡的影响北大核心CSCD

以当代历史和经济史著作为资料,建立与历朝财政盈亏状态相关词汇的语义分级标准,重建了中国自秦朝至清末(220 BC^1910 AD)10 a分辨率的财政等级序列,并分析其与气候变化的关系。结果表明,秦朝至清末的财政平衡大体经历了4个相对充裕阶段(220 BC^31 BC,441~760 AD,961~1210 AD,1381~1910 AD)和3个相对匮乏阶段(30 BC^440 AD,761~960 AD,1211~1380 AD)。财政危机在寒冷-干旱的气候背景下爆发的可能性最大。财政平衡与温度和降水变化均成正相关,财政平衡的趋势性变化受长期的温度和降水变化影响较为明显。但受多因素的复杂反馈环节影响,两者在某些时段呈现反相位关系。     

近50年涠洲岛5次珊瑚冷白化的海洋站SST指标变化趋势分析

根据涠洲岛海洋站实测海表温度(SST)历史资料和涠洲岛珊瑚礁普查历史资料,采用对比分析与相关分析方法,分析1960―2009年冬季珊瑚冷白化4种SST指标的变化特征。结果显示:(1)涠洲岛珊瑚冷白化的该站SST值为极端低海温(SSTMIN)≤13.2℃或最冷周海温(SSTMCW)≤14.0℃;(2)4种珊瑚冷白化SST指标呈准同步变化,无上升趋势,且其变化趋势与全球变暖无明显对应关系。     

1960―2013 年华南沿海海洋站SST 变化及其影响因子

根据 1960―2013 年华南沿海 7 个海洋站的实测海表温度（SST）及全球平均表面温度、太平洋年代际涛动（PDO）、ENSO、南海高压、华南沿海近海面风速等资料,采用线性回归、Yamamoto 突变检验、小波分析、相关分析等方法,研究了近 54 a 华南沿海 SST 时空变化及其影响因子,结果表明：1）近 54 a 华南沿海的年平均 SST呈准同步变化和显著增暖趋势,其气候倾向率为 0.08~0.17℃/10 a,平均为 0.12℃/10 a,以冬季增暖最为显著;2）SST 变化在 1997/1998 年出现突变现象;3）SST 变化有多时空尺度的变化特征,其中最显著的变化周期是 2~4 a的年际变化;4）SST 变化深受 ENSO 事件的影响,约滞后于 MEI 指数 2~4 个月;5）影响 SST 变化趋势的主要因子有全球气候变暖、PDO、南海高压、华南沿海近海面层风速等。     

气候变化对中国古代财政平衡的影响

以当代历史和经济史著作为资料,建立与历朝财政盈亏状态相关词汇的语义分级标准,重建了中国自秦朝至清末（220 BC~1910 AD）10 a分辨率的财政等级序列,并分析其与气候变化的关系。结果表明,秦朝至清末的财政平衡大体经历了4个相对充裕阶段（220 BC~31 BC,441~760 AD,961~1210 AD,1381~1910 AD）和3个相对匮乏阶段（30 BC~440 AD,761~960 AD,1211~1380 AD）。财政危机在寒冷-干旱的气候背景下爆发的可能性最大。财政平衡与温度和降水变化均成正相关,财政平衡的趋势性变化受长期的温度和降水变化影响较为明显。但受多因素的复杂反馈环节影响,两者在某些时段呈现反相位关系。     

近50余年来南海西沙海域冬季风强度的变率

采用南海西沙永兴岛海洋观察站1958~1997年12~2月实测的北东向冬季风风速的平均值作为冬季风强度指数 (WMI),与南海北缘滨珊瑚的相应年月份的实测δ18O平均值进行相关分析,得到线性回归方程WMI (m/s) = - 4.913- 2.138δ18O (‰),r = 0.83, n = 40。在计算(后报) 所得的1944~1997年代际变化序列中,WMI在40~60年代呈下降趋势,70年代略有上升,而80~90年代又呈下降趋势。在年际变化序列中,WMI呈显著的下降趋势,所得线性回归方程为WMI = 79.67-0.0377 Year, r = 0.68, n = 54。由斜率看出,WMI每10年平均下降约0.4 m/s。用Daniell功率谱法分析,近54年来WMI的变化存在2.5~7年的周期,与季风的QBO周期为2~2.4年,以及ENSO活动的3~8年周期密切相关。WMI连续下降的趋势是与全球持续变暖相映,南海海域冬季风强度的变化受到了全球变化的制约。     

涠洲岛海洋站1960-2010年DHW变化趋势分析

根据涠洲岛海洋站实测海表温度(SST)历史资料和该岛珊瑚礁普查(Reef Cheek)历史资料,采用相关分析和对比分析法探讨该站SST变化中夏季DHW(Degree Heating Weeks)的变化趋势及珊瑚白化的海洋站DHW临界值,结果表明:(1)1960-2010年涠洲岛DHW有轻微的上升趋势,与气候全球变暖统计...     

涠洲岛活珊瑚覆盖率变化的仿真分析

为了更好地理解环境参数对珊瑚礁生态的影响,以涠洲岛为研究区域,结合历史文献所记载的活珊瑚覆盖率（Live Coral Cover, LCC）资料,利用MODIS 2003-2015年遥感观测获取的环境参数,即叶绿素a质量浓度（Chl-a）、海表温度（SST）和光合有效辐射（PAR）,探讨LCC变化与环境参数之间的关系,并建立了LCC变化模型。首先计算出每个环境参数3~10个月的移动平均值,并用皮尔逊相关系数计算得到与LCC变化相关性最大的环境参数值;然后考虑环境参数值之间、前后不同年份的LCC之间可能存在的自相关性,利用主成分分析法消除这些自相关之后,再利用非线性约束优化方法估计LCC与环境参数值关系的经验模型。该模型的系数为Chl-a（-0.109 04）、SST（-0.061 62）和PAR（0.013 58）,据此推测,人类活动所造成的海水富营养化可能是涠洲岛LCC下降的最主要原因。最后,对涠洲岛珊瑚礁未来的发展与变化进行仿真和预测,结果表明：涠洲岛在环境不变的条件下其LCC会稳定在10%左右,而在当前气候变暖的条件下其珊瑚有可能会在2120年左右存在开始消失的风险。     

西沙群岛和涠洲岛气候变化特征 及其与近岸陆地的对比

采用1959―2014年中国西沙站和涠洲岛站及其临近陆地台站的基本气象观测资料,分析了2个海岛的气候变化特征及其与近岸陆地的差异。结果表明：1）近56年西沙和涠洲岛及近岸陆地气温变化均呈上升趋势,西沙增暖速率（0.19℃/10 a）大于涠洲岛（0.104℃/10 a）。显著的差异出现在近10年,西沙持续增暖（0.38℃/10 a）,而涠洲岛气温却呈下降趋势（-0.48℃/10 a）。从季节变化上,2个海岛都有春季越来越暖、冬季越来越冷的趋势。与周围陆地的气温相比,2个海岛的气温均高于近海陆地,但增温速率却小于近岸陆地。2）分析近56年降水量的变化,发现海岛降水量、降水强度和降水天数均小于陆地。受冬、夏季风转换的控制,海岛及近岸陆地有旱季、雨季的划分,且近半个世纪以来降水量波动大、变化趋势不显著,但伴随降水天数的减少,降水强度呈显著增长趋势。对比2个海岛近10年的降水变化特征,发现西沙站的旱季有越来越旱的趋势,涠洲岛及近岸陆地无论旱季、雨季降水量都有增加的趋势,表现为湿润化的趋势。