南极典型海域浮游生物生产力/群落结构对BP/MCP储碳影响及其年代际变率

利用南极半岛(D1-7)和南奥克尼群岛附近海域(D5-6)海洋沉积物有机质的分子生物标志物中所隐含的生态学关系,将重建的浮游生物生产力和种群结构变化与生物泵(BP)/微型生物碳泵(MCP)以及海洋碳汇和储碳效率联系起来研究。柱样沉积物中的一系列分子生物标志物在近百年里发生显著变化,上层海洋浮游生物生产力/群落结构与沉积碳库储量存在较大的时空演变,实际上均与全球气候变化相联系。研究结果如下:(1)从生物标志化合物正构烷烃分子组合特征和色谱图峰型、主峰碳(MH)、轻烃/重烃(L/H)、菌藻类-(nC_(15)+nC_(17)+nC_(19))、大型浮游植物-(nC_(21)+nC_(23)+nC_(25))和碳优势指数-(CPI)来看,沉积碳源主要是海源生物碳,海洋生物是固碳与储碳的天然碳汇。(2)D5-6柱样的有机质高富集,主要受海洋上层水体较高初级生产力、高沉积速率(平均为0.19 cm/a)、水深较浅(385 m)和还原性沉积环境(Pr/Ph值平均为0.95)这些均有利于颗粒有机碳(POC)通过BP过程从海洋表面输送到深海,快速埋藏和储存;而D1-7柱样因水深大(1 100 m)和沉积速率低(0.07 cm/a),含碳化合物沉降过程中发生降解,又被环境氧化降解(Pr/Ph值平均为1.22),二者均不利于沉积物储碳,但相比之下控制沉积物碳保存重要的因素可能是沉积速率。(3)近百年来南极半岛附近海域和南奥克尼群岛浮游动物总量、浮游植物初级生产力、硅藻和甲藻生物量趋于上升,而颗石藻生物量和所占比例呈减少趋势(南极半岛附近海域更明显),说明钙质生物泵作用在逐年下降,而硅藻主导的硅质泵作用在不断加强,这两个过程的相对强度在很大程度上决定了由生物泵结构(硅质泵/钙质泵)和效率、及其向海洋沉积物输送有机碳和无机碳的比例大小。(4)2个柱样的分子生物标志物变化趋势在整体上具有一定的可比性,均有明显的阶段性,在年代际突变后(1972年),受到显著影响的是南奥克尼群岛海域浮游动物总量从(5~6 cm)1982年开始发生明显增加,特别在1997年和2012年期间浮游动物总量开始剧增,意味着在全球变暖背景下浮游生物群落结构发生快速变化,浮游植物初级生产的降低和浮游动物总量的剧增,二者变异使得生物泵强度(增强/削弱)变化存在很大的不确定性。(5)相比之下,近百年来南极半岛附近海域浮游植物生产力/硅藻甲藻生物量逐渐提高,而微生物生产力/古菌生物量逐渐降低,意味着微生物固碳强度减弱,即MCP储碳效率在降低,揭示了全球变暖对海域浮游生物生产力/生物量的增减起到关键作用,而浮游生物群落生物量和组成特征直接影响南极海洋BP中上层水体有机碳的流动和MCP水柱固碳效率的强弱,作为全球海洋最大碳汇的南极,其储碳能力可能正在降低。

东亚夏季风的年代际变率对中国气候的影响

利用NCEP的海平面气压(SLP) 资料,按6月～8月10oN～50oN陆(110oE)、海(160oE) 气压差≤-5 hPa的累计值代表夏季风强度。每年的值被1951～2000年50年平均值除作为夏季风指数(SMI)。近50年的SMI序列表明有明显的年代际变化,1970年代中之前强夏季风年(SMI > 1) 占优势,1976年开始均为弱夏季风年(SMI < 1)。同时研究了SMI与中国夏季(6月～8月) 降水量与平均气温的关系。发现夏季风强时中国东部华北多雨,长江少雨,同时长江到淮河气温高,但中国西部在夏季风强时南部多雨,北部少雨,气温为北高南低。夏季风弱时情况相反。同时指出,夏季风的年代际变化还影响到夏季风与中国气候的年际变化关系。

FGOALS_g快速耦合模式模拟的北太平洋年代际变率

本文分析了由中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室（LASG/IAP）最新发展的FGOALS_g快速耦合模式300a积分模拟结果,通过与多种观测资料的对比分析,讨论了北太平洋年代际变率的时空结构、主要年代际模态的演变特征以及与ENSO的联系等研究内容.结果表明：该模式能成功模拟出北太平洋年代际变率的主要空间分布特征;模拟的年代际模态具有多时间尺度性,其中最显著的是周期约为10-20a左右的准20年振荡模态,该模态上层海洋热容量异常的演变过程主要表现为大致沿副热带海洋涡旋做海盆尺度顺时针旋转的特征,相应的大气异常不仅与阿留申低压的变异有关,而且与太平洋-北美（PNA）遥相关型以及上游的欧亚大气环流异常有密切关系;模拟的北太平洋年代际变率对年际ENSO循环的发生频率和强度有明显的调制作用.但模拟的KOE区和阿拉斯加湾SST异常振幅比观测偏强,这与模式海冰偏多、高纬度SST偏冷的误差有关.

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 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 o衰退期(类La Ni 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 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 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 o衰退(类La Ni 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 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。

赤道太平洋次表层海温异常年际和年代际变率特征与ENSO循环

用美国马里兰大学提供的海洋同化(SODA)月平均资料,分析了赤道太平洋次表层海温异常年际和年代际变率的演化特征,讨论了它们对ENSO循环的影响.结果指出,赤道太平洋次表层海温异常年际和年代际变率具相似的ENSO模分布和演变过程,二者均以赤道西太平洋暖池次表层海温显著的异常中心与赤道东太平洋表层海温异常中心显著反号为主要分布特征,其演变过程通过赤道西太平洋暖池次表层海温异常中心沿海洋气候温跃层向东向上传播来完成.赤道西太平洋暖池次表层海温异常年际变率决定了ENSO循环,年代际变率对ENSO循环也有重要影响,其影响主要在中太平洋, 造成ENSO模的年代际变化.当年代际变率处于正常状态时,ENSO循环基本上是东部型冷暖事件之间的转换;当年际和年代际变率位相相同时,ENSO事件强度将会加强和持续,并出现中部型ENSO事件;当二者位相相反时, ENSO事件强度将会减弱.

中国南方夏季降水的年代际变率主模态特征及机理研究

在气候变暖背景下,中国南方夏季降水存在明显的年代际变化特征。本文利用1920~2014年的逐月降水,以分析南方夏季降水年代际变率主模态为切入点,以研究南方夏季降水年代际变率空间分布型的年代际变化特征为重点,进一步研究了印度洋、北太平洋及北大西洋海温的年代际变率对南方夏季降水主模态年代际变率的可能影响机制。得到的主要结论包括:(1)指出中国南方夏季降水年代际变率的两个主模态为全区一致型和东西反相型降水模态。两个主导模态在1971/1972年发生了显著的年代际转变,在1925~1971年的第一主模态为东西反相型降水;在1972~2009年的第一主模态为一致型降水。不同主模态对应的海温异常关键区也在1971/1972年发生了相应的年代际变化。(2)揭示了全区一致型和东西反相型降水模态对应的环流场异常特征。一致多(少)型降水对应着中国南海及西北太平洋低空的反气旋(气旋)性异常,有(不)利于水汽自南海向南方地区输送。而贝加尔湖东侧低空的反气旋(气旋)性异常,有(不)利于冷空气向南方输送,并与来自南海地区的水汽在南方地区辐合,有利于南方地区降水一致偏多(少)。东多西少(西多东少)型降水对应着中国东南地区高空的正(负)异常中心,有利于高空辐散(辐合)及异常的上升(下沉)运动,其与南方地区东部低空的气旋(反气旋)性异常共同作用,有利于东部降水偏多(偏少)。与此同时,低空中南半岛反气旋(气旋)性异常及菲律宾地区反气旋(气旋)性异常,不(有)利于水汽自孟加拉湾及南海地区输送向南方地区西部,有利于形成东多西少(西多东少)的降水型。(3)揭示了印度洋海温、北太平洋海温和北大西洋海温协同影响南方地区东西反相型降水和一致型降水的机制。

中国降水年际和年代际变率对空间尺度的敏感性

利用中国740站45年降水资料按5种分辨率分气候区计算了降水年际和年代际变率.降水年际和年代际变率对空间尺度的敏感性分析表明,中国各气候区降水年际变率对空间尺度的敏感性都随空间尺度的增加而逐渐减小,且存在明显的季节变化,而年代际变率对空间尺度的敏感性却随空间尺度的增加而增大,但不存在季节变化;由于中国各气候区降水的特殊性,各气候区降水年际和年代际变率对空间尺度的敏感程度存在不可忽视的差异.在年际和年代际尺度上,西南地区降水变率对空间尺度都是最敏感的,因而该区域降水年际和年代际变率信号的检测最困难.而华南地区在年际尺度上比较敏感,年代际尺度却不敏感,但华南地区在年际和年代际尺度上区域内降水分布的非均匀程度对空间尺度的敏感性都最大.

太平洋次表层海温年代际变率及其突变特征

利用经验正交函数展开和滑动 t检验等方法研究了太平洋次表层海温的年代际变率特征。研究表明 ,太平洋次表层海温在 1 980年前后从上至下 ,先后经历了一次显著的年代际突变 ,而且随深度不同存在着四种不同的空间突变模态 ,这四种模态的形成与北太平洋海温异常的西南潜沉路径有着密切的联系。从北太平洋窗口区潜沉的年代际信号沿西南路径传播到副热带地区 ,在温跃层 1 60 m上下与西太平洋向东北传播的异常信号汇合。因此 ,北太平洋沿西南潜沉路径传播的年代际信号对 EN-SO的影响可能是间接的 ,而热带西南太平洋则可能扮演更为重要的角色。

国外有关海气系统年代际变率的机制研究

对近期国外有关年代际变率机制的诊断和模拟研究作了综合评述 ,着重介绍形成年代际变率的 5种主要机制 ,即热带海洋的强迫作用、中纬度的海气相互作用、温盐环流的作用、热带—中纬度的相互作用、海气之间的随机强迫作用机制 。

太平洋地区海气系统年代际变率研究的若干进展

系统回顾了近年来太平洋地区海气系统年代际变率的研究进展 ,涉及大气环流、海洋状况及海气相互作用的年代际变化 ,以及产生这种年代际变率的主要机制 。

全球海洋环流模式中上层海洋对表面强迫的响应和调整 Ⅱ.年代际变率

利用一个较高分辨率的全球海洋环流模式在COADS1945～1993年逐月平均资料的强迫下对海温和环流场进行了模拟,分析了北太平洋海温和环流场的年代际变化特征,同时诊断了197677年代际跃变过程中海温场变化的机制.模式模拟出了北太平洋海温年代际异常的主要模态以及197677年跃变前后的演变特征,模拟的北太平洋中部、加州沿岸和KOE区的海温异常的强度和演变趋势均和观测比较一致;同时,模式重现了分别始于20世纪70和80年代的中纬度海温异常信号沿等密度面向低纬地区的两次潜沉过程.在表层,流场的异常主要表现为与风应力异常基本符合Ekman关系的一个异常海洋涡旋,而整个上层海洋平均的流场异常则表现为两个海洋涡旋的异常,其中副热带海洋涡旋的异常的强度要显著于副极地海洋涡旋的异常,而副极地海洋涡旋异常出现的时间比副热带海洋涡旋晚3a左右的时间.对197677年前后3个区域上层海温各贡献项的诊断结果表明,北太平洋中部变冷主要是水平平流和热通量异常贡献的结果;而加州沿岸变暖主要归因于热通量的贡献;在KOE区,垂直平流、热通量和水平平流三者都起了重要作用,其中水平平流异常对这一区域海温年代际跃变出现的时间起了至关重要的作用.

热通量和风应力影响北太平洋SST年际和年代际变率的数值模拟

利用一个大洋环流模式LICOM,通过1958～2001年风应力(ERA40)和热通量驱动下的两组模拟试验,检验了二者在北太平洋年际和年代际变率形成中的作用。结果表明,尽管在年际尺度上热带太平洋变率主要受风应力影响,但合理考虑热通量异常的强迫作用能够显著改进模式对ElNi～no的模拟效果,包括对ElNin～o周期非规则性的成功模拟;北太平洋SST的年际和年代际异常主要受热通量异常的影响,合理考虑热通量强迫的年代际变化能够改善模式对北太平洋年代际变率的模拟效果。在北太平洋海盆的不同区域,导致SST变率异常的因子不同:在加利福尼亚沿岸,冬季平均海温的变率异常主要由热通量的异常决定;在北太平洋中部,温度趋势异常主要受热通量和水平平流的作用影响;在黑潮及其延伸体区域,对温度趋势异常起主导作用的是热通量和海洋非线性作用,与此同时,水平平流和扩散的作用亦不容忽视。

温盐环流稳定性以及年代际变率的研究进展

对近期国内外有关温盐环流的模拟研究作了综合评述,着重介绍温盐环流的稳定性、多平衡态及其转化以及年代际变率问题的研究进展。

南半球中高纬大气环流年代际变率的研究

利用近百年全球海平面气压图和再分析海平面气压等资料，建立了自1871年以来1，4，7和10月份的南极涛动指数（AOI）序列。近百年来1月AOI有明显增强的趋势，7月AOI则有明显减弱的趋势。最近40多年来，1，4和10月AOI都有较强的上升趋势。4个月份的AOI都有20～30a左右的准周期波动，表现出显著的年代际尺度的变化。用1，4，7和10月的平均可以近似反映年平均南极涛动指数的变化。在年代际尺度上，年平均指数在1894～1901年、1910～1935年左右是强的负指数时期。1880～1893年、1936～1945年左右是较强的正指数时期，1980年代以来，强的正指数已经持续了近20a，且1990年代以来还有加强的趋势。模拟结果的功率谱显示气候系统内部产生的低频变化主要体现在年际尺度变率上，年代际尺度变率的谱值则远远低于观测结果，但不排除在个别情况下，通过Hasselmann机制产生AOI年代际变率的可能性。

风生涡旋对热盐环流年代际变率的影响--基于盒子模型的分析

大洋热盐环流(Thermohaline Circulation,简称THC)是主要源于北大西洋的深海环流,对全球经向水和热平衡具有重要的作用,是影响长期气候变化的一个重要因素。采纳了Longworth等的观点,通过添加扩散项的形式在经典的Stommel盒子模型中引进了风驱洋涡(Wind-Driven Ocean Gyre,简称WDOG),并借鉴Sun等的研究方法,讨论了WDOG对THC年代际变率的影响。通过数值计算发现,WDOG的引入会缩短(延长)处于TH型(SA型)平衡态时的THC在扰动作用下的恢复时间。结合Wu and Mu文章的结论,可知正是由于WDOG对处于不同平衡态下THC的环流强度产生了不同的作用,因而导致了上述现象的出现。

耦合模式FGOALS-s2模拟的大西洋经圈翻转环流(AMOC)的年代际变率

利用中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG/IAP)发展的耦合的气候系统模式FGOALS-s2工业革命前控制试验结果研究了大西洋经向翻转流(Atlantic Meridional Overturning Circulation,AMOC)的年代际变率及其物理机制。传统AMOC是利用深度坐标下的质量流函数来表征,本文通过对密度坐标下49.5°N的AMOC指数与其余纬度的AMOC指数作相关分析,发现AMOC的变化有从深水形成区向南传播的过程,且密度坐标下的AMOC变率在北大西洋高纬度明显大于低纬度。分析进一步表明,模式模拟的AMOC具有年代际振荡,周期约为70年。这个低频振荡主要是由与AMOC变化相关的温度和盐度的变化与海表风场之间的相互作用引起,具体机制如下:格陵兰—冰岛—挪威海有异常强的海表风场,导致蒸发增强,继而使海表盐度增加,深水形成增多,从而使AMOC增强。AMOC加强后,会使得向北的热量和盐度输送增加,减弱此处的经向温度梯度,风场随之减弱,从而完成位相的反转。

北大西洋多年代际振荡(AMO)对南海夏季风撤退年代际变率的影响及可能机理

基于美国国家海洋和大气管理局(NOAA)物理科学实验室(PSL)和科罗拉多大学环境科学研究所(CIRES)重建的NOAA-CIRES 20th再分析数据和国际综合海洋大气数据集(ICOADS)的全球月海表温度数据(ERSST),并结合数值试验分析了南海夏季风撤退的年代际变率特征及北大西洋多年代际振荡(AMO)对其产生的影响。结果表明,南海夏季风撤退时间具有明显的年代际变率,南海夏季风撤退偏晚(早)年代中国南海及其附近区域上空有显著的气旋性(反气旋性)环流异常,降水偏多(少)。进一步研究发现,AMO与南海夏季风撤退年代际变率呈显著正相关,即AMO为正位相时,南海夏季风撤退偏晚;AMO为负位相时,南海夏季风撤退偏早。北大西洋海温升高(即AMO位于正位相),从海洋释放更多的热通量到大气,导致北大西洋上空对流层的对流活动明显增强,通过海-气相互作用激发北大西洋上空的波活动异常,进而影响与东北亚关键区域大气环流变化密切相关的中纬度欧亚遥相关波列的形成和传播,引起东北亚关键区的正位势高度异常和明显的下沉运动,并在其对流层低层产生辐散运动,能量伴随着偏北的辐散风气流传播至中国南海及邻近区域辐合上升,进一步加强了南海区域的气旋性环流异常,使得南海夏季风撤退偏晚。AMO负位相时,异常情况与之大致相反,使得南海夏季风撤退偏早。

大西洋年代际变率对中国气温的影响

大西洋年代际变率(Atlantic Multidecadal Variability,AMV),是指发生在北大西洋区域的海表温度准周期性冷暖异常变化。使用观测资料分析AMV指数及其空间分布。同时使用NCEP/NCAR和欧洲中心的两套再分析资料,对比分析AMV对冬、夏两季中国气温的影响以及与之相联系的环流形势。

美国年代际气候变率研讨会简介

2005年10月16～20日在美国弗吉尼亚州埃尔利中心召开了年代际气候变率研讨会.这个会议由美国CLIVAR/WCRP/IPCC办公室联合NOAA、NASA、NSF等单位共同举办.与会代表共约40位科学家,多数来自美国,少数代表来自德国、英国、中国和日本.会议由美国地球系统变化研究中心(CRCES)承办.

1981-2020年河南省近地面风速时空分布特征

利用1981-2020年河南省日平均10 m风速观测资料,对河南省风速的时空分布特征进行了分析评估。结果表明,河南省风速的气候态具有明显的季节循环特征,在冬、春季节地表风速较大,夏、秋季节风速较小,并且呈现出东强西弱的空间分布特征。在年循环中2月到3月风速增幅最大,其余月份间的风速演变较为平缓。在风速变化趋势方面,空间分布主要表现为西升东降的特征,豫西从过去风速最弱的地区一跃成为近10年风速最大的地区,这也与其他地区风速整体变弱有关。风速EOF的第二模态表明,河南省风速同时也具有一定的年代际变化特征。此外,风速2-9年的年际变率弱于年代际的,即风速的短期变化具有平稳性;但在气候变化的大背景下,出现了系统性的变化趋势,且具有明显的区域性差异。