“一带一路”区域气候变化事实、影响及可能风险

“一带一路”区域国家经济、政治发展极不平衡,随着全球气候变暖,区域内的自然环境、气候资源、水资源等都将面临着显著而复杂的变化,并且干旱、洪涝等多种气候灾害是“一带一路”区域可持续发展和重大基础设施建设面临的重大威胁之一。目前,“一带一路”倡议已经进入实质性建设阶段,沿线地区的气候变化及其灾害风险关乎“一带一路”倡议能否顺利实施及亚投行的投资安全。在此背景下,2016—2018年中国科学院地球科学学部实施了“‘一带一路’区域气候变化问题”咨询评议项目,项目针对该区域气候变化的事实、未来变化预估、气候变化的可能影响以及带来的潜在风险等问题进行了系统的调研,并开展了若干分析和研究。经过两年的努力,项目组完成了有关进展报告四份,包括一份总报告和三份分报告。本文扼要地概括和介绍了项目取得的主要成果。     

长江口邻近海域夏、冬季水文特征分析

长江冲淡水和台湾流是我国陆架海上两个重要的海洋现象。二者在长江口邻近海域交汇并相互制约，其分布和变化控制着该地区的温盐、环流结构，也影响着长江径流所携带的泥沙、营养盐等物质向外海的扩散和输运，以及舟山渔场的形成和变化。 长江每年以巨量径流注入东海，在长江口外形成一股很强的冲淡水，以低盐、高营养盐、高悬浮体含量为特征。毛汉礼等(1963)首先对长江冲淡水的扩散与混合特征作了系统的描述，并指出，冬季长江冲淡水沿岸南下，其范围仅限于贴岸的一狭带内；夏则在径流入海后不久转向东北，直指济州岛方向，到达对马海峡。众多学者通过资料分析、理论研究和数值模拟等探讨了长江冲淡水转向的原因，认为主要影响因素有长江径流量、地形效应、海面风应力、斜压效应、台湾曖流的顶托，以及黄海冷水团的诱导作用等(乐肯堂，1984；崔茂常，1984；顾玉荷，1985；王从敏，1986；赵保仁，1991；朱建荣，1998)，但至今对其转向机制的认识尚不一致。 台湾暖流水起源于台湾海峡和黑潮，是具有高盐、低悬浮体含量特征的大洋水体。翁学传等(1983，1984)研究认为，具有高温和次高盐特征的台湾暖流表层水同时起源于台湾海峡水和黑潮表层水，而具有高盐特征的深层水只来源于由台湾东北部入侵陆架的黑潮次表层水；翁学传(1983)还根据历史资料分析指出，夏季台湾暖流表层水的前锋大体沿着123°E可以伸展到31°N，深层水进一步延伸至31°N以北；且深层水在28°N和30°N断面并不终年存在，仅存于夏半年。王凡等(2001)的分析结果则显示，台湾暖流表层水和深层水在夏季可以在次表层北侵至30°N以北海域，而以深层水特点为主的台湾暖流水在冬季和晚秋甚至可在整个深度上伸展至30°N以北。总之，对台湾暖流水在不同季节、不同层次的北侵程度方面还存在着不同看法。 为深入研究长江口邻近海域的物质通量、扩散、传输和输运规律，中国科学院知识创新工程重要方向项目“中国主要河口及邻近陆架海域陆海相互作用”于2001年7-8月和2002年1月在长江口外28°~32°N、124°E以西海域组织了两次多学科综合考察。作者首先根据这两次考察获得的温盐深观测仪(CTD)观测到的温盐资料和声学多普勒流速剖面仪(ADP、ADCP)流速资料,分析该年夏、冬季长江口邻近海域的水文特征。考虑到调查海域有较强的年际变动，从年际变化的角度来更深刻地认识夏、冬季长江口邻近海域的水文特征，以及长江冲淡水与台湾暖流水的关系是很有必要的。为此，作者收集了1987~2001年其他项目3个夏季航次和2个冬季航次的温盐资料，以及1958~1982年标准断面历史资料，与最近2次观测资料相结合，综合分析研究了长江口邻近海域夏、冬季水文特征和变化情况，为今后更进一步开展此项研究提供了科学依据。     

登陆海南的热带气旋中尺度降水分布变化特征

利用每小时地面观测资料和卫星资料,以1996-2005年在海南岛登陆的热带气旋为研究对象,按照气旋移动路径将其分为4大类,从4类不同路径的7个个例分析揭示了登陆海南热带气旋降水的中尺度特征及其分布变化.结果表明,不同路径的热带气旋登陆前10个小时之内,中尺度强降水基本上分布于热带气旋中心附近;而热带气旋登陆后,中尺度强降水开始出现明显的"离心"或"偏心"特征.不同路径的热带气旋在登陆前后,其最大降水中心的强度变化也有明显差异.登陆前后,中尺度强降水基本均出现在气旋中心西南到东南侧100～200km内,表现出明显的南北不对称.个例分析也证明,热带气旋强降水在空间和时间上都具有明显的中尺度特征.     

夏季长江冲淡水转向机制的数值试验

利用普林斯顿海洋环流模式(POM)，通过一系列的理想试验，探讨了夏季长江冲淡水的扩展机制。结果表明：(1)倾斜底形是夏季长江冲淡水向东北偏转的一个必要条件；夏季冲淡水向东北偏转是南风、斜压效应和底形的共同作用的结果，其中风应力和底形的相互作用占主导地位；单纯的底形东倾不能使冲淡水向北偏转。平底时，南风和淡水浮力强迫都不能使冲淡水向北偏转。(2)无风时，人海淡水可以在河口附近强迫出一个反气旋涡旋和贴岸南下的狭窄的沿岸流，反气旋涡旋与淡水浮力强迫(斜压效应)有关，南下沿岸流则与质量输入有关；平底时，反气旋涡旋位于河口正东，倾斜底形时，反气旋涡旋向北拉伸，冲淡水的一部分沿岸向北扩展；人海淡水在河口附近强迫出一个闭合的垂直环流圈：上层为离岸流，淡水向外海扩展，约在离岸30—45km处有下降流；低层有高盐水沿海底流向河口，约在离河口。lOkm处与向海的径流相遇，引起上升流。     

Long-term variabilities of thermodynamic structure of the East China Sea Cold Eddy in summer

Based on more than 30 years observed sectional temperature data since the 1960s, and compared with multi-year wind and Changjiang (Yangtze) River discharge data, spatial-temporal variations of the East China Sea Cold Eddy (ECSCE) in summer was analyzed in relationship to ocean circulation and local atmospheric circulation. Empirical Orthogonal Function (EOF) and Singular Value Decomposition (SVD) analyseswere applied to this study. The results show that: l) The ECSCE in summer possesses significant interannual variabilities, which are directly associated with oceanic and atmospheric circulation anomaly. Main fluctuations demonstrate their falling in basically with E1 Nino events (interannual) and interdecadal variability. 2) The ECSCE in summer is closely related to the variation of the Yellow Sea Warm Current (YSWC) and the Changjiang River discharge. The stronger the YSWC, the more intensive the ECSCE with its center shifting westward,and vice versa. However, a negative correlation between the Changjiang River discharge and the ECSCE strength is shown. The ECSCE was strengthened after the abrupt global climate change affected by the interdecadal variation of the YSWC. 3) SVD analysis suggested a high correlation between the variation of the ECSCE in summer and the anomalous cyclonic atmospheric circulation over the ECS. Intensification of the cyclonic wind strengthens the ECSCE, and vice versa. 4) The cyclonic atmospheric circulation has dominant influence on the interannual variation of the ECSCE, and the influence of the ocean circulation takes the second in. The ECSCE was usually stronger in E1 Nifio years affected by strong cyclonic circulation in the atmosphere. The variation in strength of the ECSCE resulted from the joint effect of both oceanic and atmospheric circulation.     

新疆库车坳陷西段古近系高溴岩盐的发现及意义

在对库车坳陷油气钻井进行岩屑观察编录及采样工作过程中,在库车坳陷西段北部KS208井深部发现有古近系古-始新统库姆格列木群(E1-2km)高溴岩盐岩屑。岩盐岩屑表面光洁干净,透明-半透明,可见解理特征;内部可见沿生长环带发育的原生包裹体及呈面状或串珠状分布的次生包裹体,偶见暗色-棕色烃类包裹体;原生包裹体均一温度介于37~75℃之间,保留有一定的古温度信息,次生包裹体均一温度介于87~129.2℃之间,体现的不同深埋条件下岩盐所处的地温条件。以上特征表明盐岩岩屑保留有岩盐沉积-演化的信息,为原生岩屑。通过对岩屑进行基本化学分析及X(射线)衍射分析,基本确定KS208井高溴层位的溴主要赋存在盐岩中,并以类质同象的形式替代了岩盐中NaCl中的Cl。KS208井古近系高溴岩盐的发现意义重大,指示了库车坳陷在古近纪盐类沉积阶段可能存在卤水的南北迁移,导致钾、溴的分异;或是岩盐在重结晶过程中发生了溴的析出与局部富集。此外,高溴岩盐的研究对于开拓我国急缺的溴资源新类型(固体溴)有重要价值。     

ENSO cycle and climate anomaly in China

The inter-annual variability of the tropical Pacific Subsurface Ocean Temperature Anomaly (SOTA) and the associated anomalous atmospheric circulation over the Asian North Pacific during the El Ni o-Southern Oscillation (ENSO) were investigated using National Centers for Environmental Prediction/ National Center for Atmospheric Research (NCEP/NCAR) atmospheric reanalysis data and simple ocean data simulation (SODA). The relationship between the ENSO and the climate of China was revealed. The main results indicated the following: 1) there are two ENSO modes acting on the subsurface tropical Pacific. The first mode is related to the mature phase of ENSO, which mainly appears during winter. The second mode is associated with a transition stage of the ENSO developing or decaying, which mainly occurs during summer; 2) during the mature phase of El Ni o, the meridionality of the atmosphere in the mid-high latitude increases, the Aleutian low and high pressure ridge over Lake Baikal strengthens, northerly winds prevail in northern China, and precipitation in northern China decreases significantly. The ridge of the Ural High strengthens during the decaying phase of El Ni o, as atmospheric circulation is sustained during winter, and the northerly wind anomaly appears in northern China during summer. Due to the ascending branch of the Walker circulation over the western Pacific, the western Pacific Subtropical High becomes weaker, and south-southeasterly winds prevail over southern China. As a result, less rainfall occurs over northern China and more rainfall over the Changjiang River basin and the southwestern and eastern region of Inner Mongolia. The flood disaster that occurred south of Changjiang River can be attributed to this. The La Ni a event causes an opposite, but weaker effect; 3) the ENSO cycle can influence climate anomalies within China via zonal and meridional heat transport. This is known as the "atmospheric-bridge", where the energy anomaly within the tropical Pacific transfers to the mid-high latitude in the northern Pacific through Hadley cells and Rossby waves, and to the western Pacific-eastern Indian Ocean through Walker circulation. This research also discusses the special air-sea boundary processes during the ENSO events in the tropical Pacific, and indicates that the influence of the subsurface water of the tropical Pacific on the atmospheric circulation may be realized through the sea surface temperature anomalies of the mixed water, which contact the atmosphere and transfer the anomalous heat and moisture to the atmosphere directly. Moreover, the reason for the heavy flood within the Changjiang River during the summer of 1998 is reviewed in this paper.     

热带太平洋次表层海温异常年代际变率及其对中国气候异常的影响

利用近50年月平均的SODA海洋同化资料和NCEP大气再分析资料,研究了热带太平洋次表层海温异常(SOTA)年代际变率主要分布型以及与之相关的亚洲-北太平洋-北美地区上空异常大气环流场,并揭示了类ENSO模态与中国气候异常之间的联系.得到主要结果:(1)热带太平洋SOTA年代际变率有两种类ENSO模态.第一模为类ENSO事件成熟期热带太平洋年代际SOTA状态；第二模为类ENSO过渡期热带太平洋年代际SOTA状态.二者组合构成类ENSO事件40年左右及其背景下13年左右的周期振荡.(2)类ENSO事件对亚洲-北太平洋-北美上空中高纬和副热带大气系统年代际变化具有重要影响.类El Ni(n)o成熟期间冬季,中高纬地区大气环流经向型发展,贝加尔湖高压脊加强,西太平洋副高偏强、位置偏西,蒙古高原为较强的异常反气旋环流.类El Ni(n)o衰退期(类La Ni(n)a发展期)夏季,贝加尔湖低压槽加深,乌拉尔山高压脊加强,西太平洋副高偏弱,新疆-河套地区为较强的异常反气旋环流距平.类La Ni(n)a事件时相反.(3)热带太平洋类ENSO事件通过影响中高纬和副热带大气系统,造成中国北部地区上空南风距平的年代际变化,进而导致东亚季风和中国气候异常.类El Ni(n)o事件成熟期,中国北部地区上空多异常偏北风,东亚季风弱,华北少雨,长江中、下游多雨；类El Ni(n)o衰退(类La Ni(n)a发展)期,中国北部地区上空亦为异常偏北气流,东亚季风较弱,华北少雨.中国气候异常型主要取决于类ENSO第一模态,而第二模态主要视位相异同来加强或减弱第一模态.两个类ENSO模态的共同作用导致1978年前后中国气候跃变和华北地区持续20余年的干旱.近期类ENSO模的振荡从1998年左右开始转为类La Ni(n)a模态,大致在2018年左右结束.在此期间,华北降水有望增加,长江中、下游降水可能减少.     

三氯生对雌性斑马鱼肝胰脏凋亡相关基因表达的影响

【目的】研究三氯生(TCS)对雌性硬骨鱼类肝胰脏损伤的相关分子机制。【方法】采用半静态水体接触染毒法,将雌性斑马鱼(Danio rerio)暴露于0、0.017、0.034、0.068 mg/L的TCS溶液42 d,采用普通PCR和实时荧光定量PCR技术测定雌性斑马鱼肝胰脏凋亡相关基因(Bcl-2、p53、MDM2、Bax)的表达情况。【结果】0.017~0.068 mg/L组的雌性斑马鱼肝胰脏Bcl-2、MDM2和Bax基因的表达极显著下调(P<0.01),p53基因的表达极显著上调(P<0.01)。【结论】0.017~0.068 mg/L的TCS显著影响雌性斑马鱼肝胰脏凋亡相关基因的表达,促进雌性斑马鱼肝胰脏细胞凋亡的发生。     

基于漂流浮标观测分析日本福岛以东表层海洋物质的散播轨迹

认识海洋中的物质如何散播对于理解海洋环境变化和人类活动污染在海洋中的扩散过程具有非常重要的意义。利用历史海表漂流浮标观测数据,对日本福岛以东海域的表层物质散播轨迹进行了拉格朗日示踪分析和观测模拟试验研究。结果发现,福岛以东海域海表浮标的散播路径主要分为东、南两支,其中速度较快的东支为主要通道,沿黑潮延伸体汇入北太平洋流,最短用时大约22个月即可到达北美西海岸;南支则沿黑潮延伸体以南的大范围南向流向西南方向运移,速度较慢且明显受涡旋活动影响,最快大约5个月即可到达吕宋海峡和中国台湾以东海域,进而进入南海和东海等中国近海海域。通过开展观测模拟试验,发现海表浮标散播的概率密度分布呈现以福岛附近海域为核心、向西南和正东方向递减扩展的形态,其中,到达中国近海的浮标主要通过吕宋海峡进入。文章详细讨论了研究结果的局限性、不足之处,以及因基于大量现场观测而具备的重要参考价值。