基于浮游有孔虫重建的南海北部400 ka以来上层水体结构变化及其对东亚季风的响应

现代南海上层水体结构具有鲜明的季节特征,反映了季节性风场通过动力与热力过程施加的强烈影响;这种风场对上层水体结构的调控同样存在于地质历史时期,借此,长时间尺度上的东亚季风强度变化能够在南海沉积中留下记录,对相关高分辨率样品的研究继而可以从海洋的角度发掘出新的季风信息,成为对现有古季风资料的重要补充。本研究利用南海北部岩芯总长为50.8 m的MD12-3432站位（19°16.88'N,116°14.52'E;水深2125 m）高分辨率沉积样品,通过浮游有孔虫属种组合及其转换函数恢复了400 ka以来冬、夏季海水表层温度及温跃层深度,并对其进行频谱分析,同时对比现代观测资料及黄土粒度等古季风记录,讨论了海表温度、温跃层深度变化与东亚季风强度、表层环流格局等因素的关系。结果表明,晚更新世以来南海北部海表温度具有显著的100 ka冰期-间冰期旋回,冬季海表温度降幅可达8℃,是冰期冬季风增强与表层环流变化的共同结果。此外,冬季海表温度与温跃层深度重建结果均具有明显的67 ka周期,可能代表了东亚冬季风风速在南海北部的变化周期。同时,温跃层深度中未出现100 ka周期,可能指示冰期-间冰期旋回中表层环流的变化对其影响较弱,温跃层的加深主要由东亚冬季风的增强造成。

     

天目湖热力学状况的监测与分析

根据2001年6月～2002年5月在天目湖进行的每月一次的全湖水温观测以及2002年5月25～26日在1号点的定点24h连续水温观测资料,分析研究了天目湖水温时空分布、垂直分布、温跃层的形成与变化以及湖泊热力学对溶解氧、营养盐的影响,揭示了各自的基本变化规律。结果表明:天目湖水温的日变化、年变化及垂直分布明显,而其水平差异不大;温跃层随着季节的变化而呈现增强-稳定-减弱-消失的周期变化;水温的变化以及温跃层的存在引起了水中溶解氧以及营养盐的变化。     

从微体化石看西太平洋暖池的形成与演化

通过对南海大洋钻探ODP第184航次的ODP1143站和ODP1146站以及中德合作"太阳号"95航次的南沙海区17957-2柱状样中微体化石进行定量分析,提取了近18MaB.P.以来南海上部海水垂向结构的变化.结果发现11.5～10.6MaB.P.之间和3.6～3.3MaB.P.以来南海温跃层深度的南北梯度明显增大,指示了西太平洋暖池雏形的开始和现代暖池的最终形成,且分别对应于印度尼西亚海道和巴拿马地峡的关闭.此后,南沙海区的温跃层深度自约0.9MaB.P.逐渐变浅,至约0.15MaB.P.又再变深,反映了西太平洋暖池的减弱和再次加强.因而,晚新生代西太平洋暖池的形成和演化呈现阶段性.     

末次盛冰期以来印度尼西亚穿越流对东印度洋上部水体结构的影响

海洋上部水体垂向结构变化对于理解热带海区在全球气候变化中的作用有着重要意义。通过分析印度尼西亚穿越流(ITF)出口处东印度洋帝汶海区SO18480-3孔中的浮游有孔虫表层种Globigerinoides ruber和温跃层种Pulleniatina obliquiloculata壳体氧碳同位素,并借助12个AMS14C测年数据重建了末次盛冰期(LGM)以来该区温跃层深度和营养盐水平的演化序列。壳体氧同位素(δ18O)记录表明温跃层古海洋学特征的变化幅度要大于表层海水,其差值(Δδ18O(P-G))有效地反映了温跃层深度的变化,即冰消期和晚全新世温跃层较浅,LGM和早中全新世温跃层较深;并揭示出与全新世相比,LGM期间ITF总流量未显著减小,ITF对该区上部水体结构的影响受到了东西太平洋之间不对称性的调节。碳同位素(δ13C)记录则表明该区的古海洋学变化在不同程度上受到了南大洋的影响,并受本区上部水体垂向结构的控制,其差值(Δδ13(G-P))在一定程度上反映了该区上部水体营养盐水平的变化。     

中更新世转型时期南海北部上层水体结构演化特征——ODP1146站浮游有孔虫稳定同位素记录

文章以南海北部ODP1146站沉积物岩芯为研究材料,利用浮游有孔虫次表层水种Pulleniatina obliquiloculata壳体的氧、碳稳定同位素,结合该站位浮游及底栖有孔虫氧碳同位素数据,分析中更新世以来南海北部上层水体结构的演化。1.2 Ma以来ODP1146站P.obliquiloculata壳体δ^18O的变化可分3个阶段:1)1.2~0.9 Ma,冰期-间冰期变化幅度较小、主导周期为41 ka斜率周期;2)0.9~0.6 Ma,冰期旋回变化幅度逐渐增强、100 ka偏心率周期开始强化;3)0.6 Ma以来,冰期旋回呈现稳定且幅度较大的100 ka周期变化。0.9 Ma以来南海北部上层海水δ^18O的冰期旋回变幅增强,可能反映东亚冬季风在0.9 Ma之后显著强化。其中,表层水体δ^18O只在冰期变幅增强,P.obliquiloculata所反映的次表层水体δ^18O的变化幅度在冰期和间冰期都显著增强。约0.9 Ma浮游和底栖有孔虫δ^18O的100 ka周期几乎同时显现;但在0.9~0.6 Ma时期P.obliquiloculata的δ^18O偏心率周期更为显著、斜率周期的强度也更高。因此,冰期旋回周期转型及幅度变化两方面的证据共同反映温跃层结构演化在南海北部中更新世转型(MPT)气候转变过程中的特殊性。1.2 Ma以来ODP1146站P.obliquiloculata的δ^13C在0.02 Ma、0.49 Ma和0.99 Ma左右呈明显的碳重值,同时表层种-次表层种之间的δ^13C差值减小到近于0,可以解读为碳重值事件期间南海北部生产力相对减弱。     

大洋环流的通风温跃层研究进展

介绍了大洋环流理论中通风温跃层研究的主要进展。给出了温跃层研究的发展过程、有关通风温跃层的基本概念、通风温跃层内环流的基本特征以及环流通风的计算结果。突出强调了在给出大洋的表面边界条件的情况下,如风应力旋度、背景层化、混合层深度、混合层密度分布以及侧边界条件,如何由通风温跃层理论得到大洋在三维尺度上水体运动的特征。     

末次冰期以来印尼穿越流对东亚季风变迁和ENSO活动的响应

印尼穿越流连接西太平洋和印度洋,调节这两个大洋之间的热量和水汽的交换,继而在全球气候变化中扮演着重要的角色．印尼穿越流的通量、水体性质和垂向分层受东亚季风和厄尔尼诺．南方涛动（El Nino-Southern Oscillation,ENSO）等气候现象强烈影响．本文研究了钻取于帝汶海区印尼穿越流出口处S018462孔的沉积物,分析浮游有孔虫表层水种和温跃层水种壳体的氧同位素和Mg／Ca比值,恢复了末次冰期以来印尼穿越流表层水和温跃层水的温度和盐度以及垂向温度梯度的变化,并与钻取于西太平洋暖池中心的3cBX孔记录进行了对比．结果显示,末次冰期时帝汶海与西太平洋暖池的表层海水性质几乎一致,自大约16ka以来帝汶海相对暖池的表层海水淡化显著,但二者之间的温度差异变化不大．冰消期时,帝汶海和暖池温跃层海水温度均呈现升高趋势,在大约11．5ka达到峰值;之后,暖池中心的温跃层海水温度总体维持不变,而帝汶海的温跃层海水温度逐渐降低;6ka以来,帝汶海和暖池温跃层海水性质总体趋于一致．上述结果表明,早全新世（11．5—6ka）,类拉尼娜状态以及东亚夏季风降水的增加,使得区域内表层海水盐度降低,抑制了印尼穿越流表层流,导致温跃层流加强．6ka以来,除了东亚冬季风影响下最终造成帝汶海温跃层变浅外,ENSO的频繁活动也可能是重要的影响因素．     

一个大洋环流模式和相应的海气耦合模式的评估 I.热带太平洋年平均状态

评估了中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体动力学数值模拟国家重点实验室海洋环流模式L30T63和海气耦合模式FGCM 0模拟的热带太平洋年平均状态 ,资料取自L30T63由观测的大气强迫驱动的Control试验、由NCARCCM3大气强迫驱动的Spinup试验、以及相应的海气耦合模式FGCM 0。主要的结论是 :( 1 )在“准确”的海表强迫下 ,Control模拟的海面温度和温跃层与观测结果相当接近 ,模式的固有误差是赤道冷舌过分西伸和东南太平洋温跃层偏浅。 ( 2 )Spinup能模拟出合理的热带太平洋上层海洋环流 ,但存在两个问题 ,即 :暖池区海面温度显著偏高、沿赤道的梯度过大 ;赤道温跃层偏浅、东西向坡度偏小 ,它们分别与CCM3提供的海表短波辐射通量和风应力的系统误差有关。这两个问题很可能是海气耦合模式FGCM 0运行初期误差迅速发展的重要原因。 ( 3)FGCM 0模拟的赤道暖池区上层 1 0 0m的平均温度比观测低 3℃。分析表明FGCM 0夸大了暖池区海洋动力过程的降温作用 ,使得模拟的“暖池”在一定程度上具有冷舌的属性。FGCM 0模拟的热带南太平洋温跃层比观测结果偏浅数十米到 1 0 0m ,以致赤道两侧的上层海洋温度分布趋于对称 ,成为“doubleITCZ”现象在上层海洋中的表现。风应力旋度的系统误差和垂直混合随深度衰减过快     

南海冰期深部水性质的稳定同位素证据

根据南海 9个深海柱状样中底栖有孔虫的稳定同位素记录 ,初步建立末次盛冰期以来的δ18O和δ13 C深度剖面 .结果表明末次盛冰期南海深部水的δ18O和δ13 C垂直梯度较全新世明显增大 ,并存在深约 2 0 0 0m的深温跃层和营养物跃层 ;特别是末次盛冰期相对全新世δ18O和δ13 C的变化分别减去冰川效应和全球平均变化值后 ,在水深 1 0 0 0～ 2 5 0 0m间出现正值 ,说明末次盛冰期南海这一深度范围内存在温度较冷或盐度偏咸、垂直流通好、富13 C的深层水团 ,与今明显不同 .进一步证实冰期存在“北大平洋深层水” ,但可能仅限于水深约 1 0 0 0～ 2 5 0 0m的范围内 .     

中更新世以来西菲律宾海上层水体结构演化特征——来自钙质超微化石Florisphaeraprofunda的证据

MD06-3050岩芯位于西菲律宾海吕宋岛以东本哈姆高原,利用钙质超微化石下透光带种属Florisphaera profunda占总颗石的相对丰度,恢复了中更新世以来该海区的上层水体结构演化特征。结果显示,西菲律宾海区自1040ka以来,温跃层/营养跃层经历了由浅—深—浅—深的长周期变动,可能是由于全球碳库的长周期变化对气候系统的大规模调整所致; 同时温跃层/营养跃层也具有明显的冰期-间冰期旋回性特征。温跃层变动的另一个重要特征是在中布容事件前后呈现出相反的冰期-间冰期变化趋势,认为可能是由东亚冬、夏季风强度变化引起。