气候变化对海洋鱼类群落结构的影响研究进展

全球气候变化影响着海洋生态系统的多个方面,而鱼类群落结构对气候变化的响应机制是探索海洋生态系统演变规律的关键点之一。本文结合国内外相关研究成果,概述了气候变化引起的温度、盐度、CO₂浓度、海平面高度、溶解氧以及海流等的改变对鱼类群落结构的影响,并以太平洋十年涛动(Pacific Decadal Oscillation,PDO)和厄尔尼诺−南方涛动(El Niño Southern Oscillation,ENSO)等典型气候现象为例,探讨了鱼类群落对典型气候现象的响应,讨论了需要解决的重点问题,以期为科学应对气候变化和制定海洋生物多样性保护策略提供依据。     

半封闭海域生态修复策略研究——以渤海为例

渤海作为我国唯一的半封闭型海域,是京津冀城市群蓬勃发展的战略支撑和关键依托,其生态环境的稳定与沿岸人类福祉息息相关,其生态环境修复是近年来该领域的研究热点。文章重点围绕全球气候变化和人类活动对渤海生态环境的影响进行了剖析,通过综合对比分析国内外其他类似水域或地区的生态修复既有成果,立足渤海水域特点和现状,提出动态思维与整体保护原则、生境连通性修复原则、不同时空尺度修复原则等生态修复原则,并指出渤海生态修复需理性规划渔业经济活动,统筹考虑渤海生态与冲淡水之间的关系,建议运用前瞻性的思维模式和理念,合理预测、规划、定位、配置、实施和维护渤海生态系统的稳定,重点探索应对全球气候变化的最佳适应性管理策略。     

大西洋经向翻转环流对岁差响应的气候背景依赖性

大西洋经向翻转环流（Atlantic Meridional Overturning Circulation,AMOC）是气候系统重要的组成部分,其强度变化可直接影响南北半球的热量分配,厘清其变化机理对全球变暖背景下的未来预估至关重要。海洋沉积物记录发现,在晚更新世,AMOC的变化与地球岁差周期有紧密联系,但其物理机理尚不清楚。本文利用海洋−大气耦合气候模型—COSMOS（ECHAM5/JSBACH/MPIOM）模型,通过敏感试验,分析在冰盛期冷期和间冰期暖期气候背景下,AMOC对地球岁差变化的响应机理。结果表明：岁差降低引起的北半球夏季太阳辐射增强,会导致间冰期暖期背景下的AMOC显著减弱,但对冰盛期AMOC的影响并不明显。通过进一步分析发现,在间冰期暖期,夏季太阳辐射增强,造成高低纬大西洋海表的升温,同时促进北大西洋高纬度地区的局地降水,两者导致北大西洋表层海水密度降低,共同削弱大西洋深层水生成。而在冰盛期冷期,大西洋高低纬度地区的响应对AMOC的影响反向—副热带升温触发的海盆尺度低压异常,通过其南侧的西风异常削弱大西洋向太平洋的水汽输送,导致净降水增多,海表盐度下降;同时,高纬度升温造成的海冰减少,促进了海洋热丧失,海表失热变重,有利于大西洋深层水的生成,最终两者的共同作用导致AMOC对岁差变化的响应偏弱。本文系统揭示了不同气候背景下,岁差尺度AMOC变化的控制机理,对理解晚更新世AMOC重建记录中持续存在的岁差周期具有重要启示意义。     

CICE5.0与BCC_CSM2.0模式的耦合及对北极海冰的模拟评估

本文将美国Los Alamos国家实验室发展的最新海冰模式CICE5.0引入国家气候中心气候系统模式BCC_CSM2.0,替代原有的海冰模式SIS,形成一个新的耦合模式。在此基础上,评估新耦合模式对1985-2009年北极海冰的模拟性能,检验引入CICE5.0后对耦合模式中北极海冰、海洋和大气模拟结果的改进。结果表明,引入CICE5.0后,模式能较好地模拟出北极海冰的空间分布、季节以及年际变化特征。相比于旧版本耦合模式,新耦合模式模拟的北极多年冰增多、一年冰减少,同时,海冰增厚、海冰流速减慢,模拟效果得到显著改进,对波弗特涡流模拟的改善尤为明显。进一步分析发现,相比于SIS,CICE5.0对北极海冰特别是海冰厚度模拟性能的提升,在耦合进入BCC_CSM2.0后,会触发冰-温的正反馈机制,改进了模式对海平面气压场、表层气温和海表温度的模拟,由此进一步提高了模式对北极海冰的模拟能力。     

北极径流增加对大西洋经向翻转环流影响的模拟研究

观测显示过去几十年间北极入海径流呈现增加趋势,CMIP5耦合模式预测表明21世纪北极入海径流仍会增加,在RCP8.5路径下,21世纪末北极入海径流量将会是1950年的1.4倍。本文利用冰-海耦合数值模式研究了北极径流增加对大西洋经向翻转环流的影响。基于两个数值实验的结果表明,如果北极入海径流按每年0.22%的速度（与RCP8.5路径下的速度相当）增加,大西洋经向翻转环流的强度在100、150和200年后将会分别减弱0.6（3%）、1.2（7%）和1.8（11%） Sv。北极入海径流增加导致大西洋经向翻转环流减弱的主要原因是,北极入海径流增加的淡水被输运到北大西洋后,会抑制北大西洋深层水的生成,这也会导致北大西洋深层水海水年龄的增加。     

基于二分图的温度网络拓扑性质研究

利用中国地区435个台站1961—2002年逐日平均温度序列,将温度变化发生在9天时间尺度上的特征编码在网络中,通过研究二分图温度网络(BGT网络)中节点与项目的关系,揭示出9天时间尺度上温度变化的特征及其在空间上的拓扑统计性质.网络中各节点RRRD, RrDD, eeed, DRRD, DDRR等所代表的温度波动模态在网络中异常频发,对9天尺度温度变化的预报有一定的指导意义.统计网络的节点度分布,集群系数等拓扑结构特征量,发现BGT网络服从正态分布特征.BGT网络项目内节点度的多样性大体上     

基于PMIP2气候模式模拟的中全新世北大西洋涛动

根据PMIP2中的4个海气耦合模式对中全新世气候的模拟结果,利用现代和中全新世两个时间段的冬季海平面气压场(SLP),分析了北大西洋海平面气压的变化情况并计算了这两个时间段的北大西洋涛动(NAO)指数。结果表明,中全新世亚速尔高压加强,冰岛低压加深,南北气压差增加,NAO强度显著增强。对中全新世北大西洋地区SLP进行经验正交函数(EOF)分析显示,4个模式均能捕捉到了NAO的主要结构。中全新世NAO处于正位相的时间较现代提高了10%~30%,其中MIROC3.2提高了29.3%;虽然NAO指数振幅变化不大,但还是能显示中全新世NAO显著强于现代,这与地质资料恢复的结果相一致。对NAO指数的多窗谱分析显示,现代NAO指数存在3~5 a的准周期变化,中全新世NAO指数存在3 a的准周期变化。NAO对中全新世亚洲地区冬季增温有重要影响。北大西洋地区中纬度海面温度(SST)的增温可能是导致中全新世NAO强度增强的一个重要因素。     

2003年北极科考期间一次极涡个例天气学分析

2003年9月3日到14日,"雪龙"号考察船进入北冰洋楚科奇海观测期间,正值一次典型的北极极涡环流过程形成和发展。以往研究大多集中于极涡的平均水平环流特征和季节变化,该例为我们研究它的瞬时环流形势和特征提供了条件。利用NCEP全球分析资料及第二次北极科考资料对这次个例进行天气学分析,通过描述极涡个例的发展情况,平流层、对流层的环流特征以及二者之间的关系,并分析卫星遥感图像及"雪龙"号考察船的气象资料,分析结果发现:2003年中国第二次北极科考期间经历的极涡形成和发展,典型地表现出极地冬夏环流型的转换过程。首先在平流层发生,然后向对流层传播,该个例是一次在平流层西退加强,在对流层东移南下的过程。     

Separate and interactive effects of eutrophication and climate variables on the ecosystem elements of the Gulf of Riga

There is currently a critical knowledge gap in how eutrophication and climate variables separately and interactively impact the dynamics of marine ecosystems. Based on long-term monitoring data we quantified the separate and combined impacts of nutrient loading, temperature, salinity, and wind conditions on zooplankton, zoobenthos and fish inhabiting a brackish water ecosystem in the Gulf of Riga. Changes in zoobenthos communities and herring stock were largely explained by climate variables. Zooplankton species were related to both eutrophication and climate variables, and models combining all environmental variables explained additional variation in zooplankton data compared to the separate models of climate and eutrophication. This suggests that zoobenthos communities and herring stock are largely driven by weather conditions, whereas the combined effect of weather and nutrient loads are likely the cause for dynamic zooplankton communities in the Gulf of Riga.     

Possibility of recent changes in vertical distribution and size composition of chlorophyll-a in the western North Pacific region

Our analysis of the last three decades of retrospective data of vertical distributions and size composition of chlorophyll-a (Chl-a) over the western North Pacific has revealed significant changes of three indices related to Chl-a during summer season, as follows: (1) decreasing linear trend of the proportion of Chl-a in surface layer to that of the whole water column by 0.4 and 2.3% year⁻¹ in the subtropical area along 137°E (STA₁₃₇) during 1972 to 1997 and in the Kuroshio Extension area along 175°E (KEA₁₇₅) during 1990 to 2001; (2) increasing linear trend of the depth of subsurface Chl-a maximum (DCM) by 0.4 and 2.6 m year⁻¹ in STA₁₃₇ and KEA₁₇₅; and (3) decreasing linear trend of larger-size Chl-a (>3 μm) by 0.1 and 2.5% year⁻¹ in STA₁₃₇ and KEA₁₇₅, respectively. Water density (σ _θ ) at 75 m depth had also decreased by 0.006 and 0.05 year⁻¹ in STA₁₃₇ and KEA₁₇₅, respectively. The ratio of biogenic opal to biogenic CaCO₃ in the sinking flux decreased by 0.015 year⁻¹ in the subtropical region from 1997 to 2005. These findings may indicate that the subsurface chlorophyll maximum is deepening and larger phytoplankton such as diatoms has been decreasing during the past decade, associated with the decreasing density of surface water caused by warming in the western North Pacific, especially in the summer.