琼东海域沉积物元素组成变化揭示的全新世华南地区风化强度演变

【目的】探讨全新世以来华南地区陆地化学风化强度的变化及其控制因素。【方法】利用琼东海域沉积柱GH7的XRF扫描元素数据,从主量和微量元素中提取代表陆源输入的主成分PC1,分析华南沿海地区化学风化强度。【结果与结论】风化强度在13.2 ka BP以来经历了“强(13.2—7.5 ka BP)—弱(7.5—3.0 ka BP)—强(3.0—0 ka BP)”的变化,并在全球冷事件新仙女木、9.2 ka和8.2 ka时期均有明显减弱。PC1变化显示华南沿海地区风化强度大约在3 ka BP处于最强期,反映此时降雨量处于最大期,可能与热带辐合带(ITCZ)在此时期南移至低纬度有关。PC1频谱分析揭示风化强度存在一个约2 ka的周期,与厄尔尼诺(ENSO)周期一致,说明华南地区风化强度演变在千年尺度上很可能受ITCZ南移和ENSO的共同调控。

2006年夏季琼东、粤西沿岸上升流研究

利用2006年夏季广东、海南、广西近海的海洋水文调查资料和卫星遥感QuikSCAT风场资料分析琼东、粤西沿岸上升流的空间结构特征,探讨风场、风应力旋度对上升流的影响以及上升流区水温、海流、海平面对上升流的响应。结果表明:琼东、粤西沿岸上升流区并非相互独立,从10m层以下已经连成一片。琼东沿岸上升流主要由夏季西南季风驱动而产生,风应力旋度也有一定贡献。琼东沿岸上升流的强度比粤西强。琼东沿岸海域的上层海水(18m以浅)以离岸运动为主,中下层海水以向岸运动为主。上层的离岸流速大于中下层的向岸流速。琼东沿岸的上升流现象是间歇性的,与沿岸风速强弱有关。琼东沿岸海域海平面的升降与上升流的强弱有良好的关系,上升流的强弱滞后于海平面的升降约1～2d。

琼东上升流研究概述

琼东上升流是海南岛东部沿岸的季节性上升流,通常发生在4—9月18°30′—20°N、111°30′E以西近岸,6—7月最强,夏季表层水体呈现明显的低温、高盐、低溶解氧和高营养盐特征。对20世纪60年代以来琼东上升流时空特征及其影响机制等方面的研究进行了概述,这些研究主要描述了琼东上升流的基本水文特征、年际差异以及风场和地形等影响因素的作用。对比近年来沿岸上升流的前沿研究,指出在琼东上升流的生态动力综合调查、年际变化规律及影响机制以及与大尺度背景场的相互作用等方面还需进一步加强研究。

琼东上升流的年际变化及长期变化趋势

全球变暖背景下沿岸上升流的年际变化是近年来的研究热点。本文基于1982—2012年的海表面温度和风场资料,分析了琼东上升流的强度和中心位置的年际变化规律以及沿岸风应力及其旋度的作用。结果显示,近30年来,琼东上升流强度总体减弱,相比于沿岸风应力,其变化与减弱的局地风应力旋度相关性更高;琼东上升流强中心位置最大概率发生在19.2°—19.3°N,与最大风应力旋度位置接近,且存在北移趋势。琼东上升流强度和位置的年际变化还存在周期约3年、5年和10年的本征模态,以3年周期变化为主。局地风应力旋度在琼东上升流的年际变化中发挥了重要作用。

我国夏季最低表层水温海区——琼东沿岸上升流区的研究

在琼东沿岸,夏季存在风生上升流,流速达3.8×10^(-3)cm/s,由于强烈的海水上升,使地处热带海区的琼东沿岸夏季表层海水水温低于20℃,是我国夏季最低的表层水温,形成一年中出现两个“冬天”的独特生态环境。海水上升的“施肥”作用可提高海水的初级生产力,但上升流的变异,却会给海洋生物的生态环境带来不利的影响。

2013年夏季琼东海域营养盐与叶绿素a的周日波动及其影响因素

基于2013年8月琼东海域两个连续站的观测资料,对比分析了近岸站位和陆架站位的营养盐和叶绿素a浓度周日变化特征及其影响因素。结果表明:在垂直分布上,近岸站位S1与陆架站位S2的温跃层减弱了营养盐的向上输运;在时间变化上,S1站底层硅酸盐、硝酸盐和磷酸盐浓度具有半日波动的特点,而S2站的营养盐则不具有周日波动的现象,这说明近岸站位的营养盐受到潮汐作用的影响更显著。S1站的叶绿素a分层不明显,夜间的低值可能体现浮游动物的摄食作用,S2站位的叶绿素a分层明显,夜间没体现浮游动物的摄食作用。总体上,琼东海域近岸站位S1和陆架区站位S2叶绿素a和营养盐周日波动都受到温跃层、潮汐、生物作用和光照的影响,但S1站受潮汐作用影响更显著,且S1站叶绿素a浓度还受到浮游动物摄食作用影响。由于叶绿素a和营养盐受到多种环境要素的影响,使得两者相关性不显著。

琼东上升流区海表温度对台风过境的响应

对1982—2015年间过境琼东上升流区的台风及其引起的海表温度(SST)变化进行统计分析,并探究SST变化的影响因素和热量输送机制。结果显示,与开阔大洋显著不同,琼东上升流区SST变化存在降温、基本不变和升温三种类型。在42例台风中,3种类型分别为19例、20例和3例。平均升温(2.1℃)大于平均降温(-1.5℃)。SST变化与台风参量相关性分析显示,与台风过境时长相比,台风强度和台风入射角度对SST变化幅度影响更大。台风在外海引起的非线性海面孤立波向近岸的热输送可能是SST升温的重要机制,观测的SST上升与台风入射角度的关系与理论结果吻合。台风过境琼东上升流区引起的SST变化特征取决于台风局地热输送和外海热输送的相对大小。

琼东海域今生颗石藻群落研究

通过2012年7、8月在南海北部陆架琼东上升流区域的水文、化学和生物的现场综合采样调查,对采集过滤的今生颗石藻膜样在偏振光显微镜下鉴种并统计细胞丰度,分析了夏季该海域的颗石藻群落结构特征及分布规律。结果表明,夏季琼东上升流区共检出今生颗石藻34种,优势物种有赫氏艾密里藻（Emiliania huxleyi）、大洋桥石藻（Gephyrocapsa oceanica）、纤细伞球藻（Umbellosphaera tenuis）、卡特螺旋球藻（Helicosphaera carteri）、地中海花冠球藻（Coronosphaera mediterranea）等,颗石粒细胞丰度介于0~2 040.23×103粒/L,平均值8.10×103粒/L,颗石球丰度介于0~68.90×103cells/L,平均值5.01×103 cells/L。大多数颗石藻集中分布在上升流信号强的水体中。琼东中部水域的生物多样性指数H′较雷州半岛以东水域高,颗石粒群落的均匀度指数J分布与H′呈镶嵌模式。聚类Cluster和多维定标MDS结果,将颗石粒和颗石球群落各分成4个和5个组群,经相似性分析（ANOSIM）检验证明此种划分是显著的。将生物与海区环境因子进行冗余分析（Redundancy analysis,RDA）结果表明,N/P、PO3-4、NO-2和SiO2-3是影响本次调查的今生颗石藻生物群落的主控因子。

琼东海域冬季、夏季营养盐结构特征及其对浮游植物生长的影响

研究了琼东海域冬季(2012年12月)和夏季(2013年8月)表层水体营养盐结构特征和营养盐对浮游植物生长的限制情况。结果表明:2012年冬季,调查海域除了北部站位DIN、Si O32-浓度和nDIN/nP、nSi/nP比值较高之外,其余站位营养盐浓度和比值整体比较低且分布比较均匀,这是由于北部站位受到了具有高浓度DIN、Si O32-和低浓度PO43-的广东沿岸流的影响;2013年夏季,由于夏季河流径流量大,琼东近岸海域受到具有低浓度DIN、PO43-和高浓度Si O32-特征的河流影响,同时夏季近岸生物量增大和层化作用增强,因此DIN和PO43-浓度分布比较均匀,Si O32-浓度和nSi/nDIN、nSi/nP比值呈近岸高离岸低的分布特点。进一步分析该海域营养盐对浮游植物生长的可能限制因子发现,表层水体冬季呈现明显的硅限制,其限制因子几率为58.83%,夏季呈现氮-硅协同限制的可能性。由于生物利用、季节性的河径流量、广东沿岸流以及层化作用的影响,使得营养盐限制因子由冬季的硅限制转变为夏季的氮和硅共同限制。

浙江和琼东沿岸上升流的成因分析

本文用相关和对比分析的方法分别对浙江和琼东沿岸上升流形成原因作了进一步分析。结果表明,浙江沿岸上升流与台湾暖流的相关关系较之与风的相关关系更为密切。上升流的月际和年际间变化趋势与台湾暖流的变化趋势基本一致,结合浙江沿岸海底地形特征,本文认为,台湾暖流与地形的共同作用是该上升流形成的主要因子;风的影响一般不是主要的。关于琼东沿岸上升流,由于它与琼东沿岸西南风出现频率的月间变化趋势相当一致,从而进一步证实,该上升流主要由西南风作用形成。

东环高铁对琼东旅游带形成的效应及其优化研究

东环高铁的开通对于琼东旅游带的发展具有重要意义。研究发现,自2010年东环高铁投入运营后,琼东各县市旅游接待人次和旅游收入都有较大增长,旅游房地产市场更呈现出急速扩大态势。运用点轴理论分析了琼东旅游带的点轴扩散系统,提出了包括加强区域旅游合作、创新旅游主题定位、提升和拓展发展轴等内容的高铁旅游优化方案。

沉积记录中脂类生物标志物对琼东上升流强度的指示及其影响因素初探

本文对海南岛东部上升流边缘区域(S5站位)和上升流中心区域(S10站位)两根沉积柱进行了正构烷烃和脂肪酸的分析,结合有机碳含量、粒径、碳稳定同位素(δ13C)等参数综合分析其有机质来源与降解特征,并利用脂肪酸硅藻丰度参数ΣC16∶ΣC18重建了研究区域上升流强度年际变化。研究结果表明:S10站位处于上升流中心附近,粒径较粗,以砂为主;S5站位处于上升流边缘区域,粒径较细,以粉砂为主;两站位柱样δ13C值和长短链脂肪酸比值(ΣC20−:0/ΣC20+:0)显示有机质均以海源输入为主,S10站位有机质降解程度大于S5站位。脂肪酸中硅藻丰度参数和浮游植物脂肪酸占比指示了S10站位初级生产力高于S5,并利用ΣC16∶ΣC18指征了研究区域上升流强度及年际变化趋势。上升流强度在1925−1950年,1950−1980年和1980−2008年间表现为弱、强、弱的趋势,与太平洋年代际振荡(Pacific Decadal oscillator,PDO)年际变化趋势一致;推测厄尔尼诺−南方涛动(El Niño-Southern Oscillation,ENSO)在短时间尺度上可能对上升流强度有一定调节作用,但长时间尺度上可能主要受PDO调节作用。

琼东水体后向散射系数与浮游植物生物量的关系模型

海洋中光后向散射系数的变化包含了浮游植物生物量的信息,可应用于卫星遥感和光学剖面观测平台获取海洋中大时空尺度-高分辨率剖面的浮游植物生物量变化特征。本文选取了琼东上升流影响下生物—光学变异性较为显著的海域,基于2013年航次实测数据,建立了颗粒物后向散射系数(b_(bp))与叶绿素a浓度(Chl a)间的区域性关系模型。模型假定颗粒物后向散射系数由不随叶绿素浓度变化的固定背景值,以及较大粒级(>2μm)和pico级(微微型,<2μm)两类浮游植物的后向散射贡献累加所得。采集的数据集进行了模型检验,结果表明,模型能很好地模拟琼东海域水体的b_(bp)与Chl a间的变化趋势,性能优于常用的幂函数关系模型,尤其在低叶绿素浓度范围,很好地解决幂函数显著低估的现象;琼东海域的b_(bp)和Chl a关系存在显著的水层变化,底层后向散射固定背景值显著高于上层水体背景值,表明底层受上升流的影响,水体中不随Chl a共变的颗粒物浓度增大,其后向散射相应增强;叶绿素最大层的后向散射固定背景值显著低于上层其他水体的固定背景值,后向散射固定背景值的贡献百分比约为21%~35%;随着叶绿素浓度增大,较大粒级的浮游植物对颗粒物后向散射系数的贡献也显著增大,可达到50%以上,pico级浮游植物贡献稳定在40%附近。本研究的结果将为琼东海域浮游植物生物量的光学遥感、生物地球化学过程研究提供更为精确的区域性模型和基础支撑数据。

2013年夏季琼东海域上升流观测研究

利用2013 年夏季国家自然科学基金委员会南海西部航次获得的观测资料, 并结合卫星遥感海面温度和风场资料,对琼东海域夏季上升流的空间结构及其演变过程进行了分析.研究结果表明, 在2013 年夏季航次观测期间, 琼东海域存在显著的上升流现象, 但表层上升流信号较弱, 强上升流主要发生在30-50m 的下层海域, 上升流中心海域与外围海水在下层的温度差超过7℃, 盐度差可达到0.7‰以上.进一步分析航次期间的一次热带气旋过程对琼东上升流的影响,结果表明热带气旋破坏了上升流的上层结构, 且琼东上升流对风场变异的响应过程存在2-4d 的滞后.

琼东和粤西海表温度锋的季节与年际变化特征分析

以2006—2013年卫星遥感海表温度资料(GHRSST SST)为基础,通过数字图像处理的边缘检测方法提取温度锋面的核心位置,分析了琼东、粤西海域海表温度锋位置及强度的季节变化和年际变化特征,并进一步结合海面高度异常资料和海面风场资料探讨了温度锋变化的可能机制。分析结果表明,琼东、粤西海域温度锋的空间分布及锋面强度存在显著的季节变化,沿岸风应力是影响该海域锋面变化的主要动力因素。夏季温度锋面主要分布于琼东沿岸的东部及南部海域近岸50m到100m等深线之间,而冬季则主要分布在琼东的东部海域和粤西沿岸20m到100m等深线之间,春秋两季为其过渡季节;锋面强度的季节变化表现为冬季最强,春季、夏季次之,秋季最弱,其冬季锋面强度平均值可达到3℃?100km–1,夏季为1.7℃?100km–1;同时,锋面核心位置及强度的分析结果表明,琼东和粤西海域温度锋也存在较强的年际变化。

琼东海域锋面特征初探

2012年7月现场调查了海南岛东部陆架海（琼东海域）,结合其中4个断面的实测数据和卫星遥感数据,探究该海域2012年海表温度锋面的季节性变化以及夏季锋面结构特征。研究表明,琼东海域温度锋面的季节性变化明显,强锋面中心会随季节变化。夏季锋面主要分布在上升流区,是典型的上升流锋面,锋带宽20~40 km,大致沿100 m等深线,随深度增加锋面强度减小,位置向外海移动。

2014年与2015年夏季琼东上升流的年际变化及其成因分析

本文通过2014年与2015年7月琼东海域的现场调查资料,结合卫星遥感数据,对ENSO影响下琼东上升流的变化进行研究分析,结果表明:2015年为强厄尔尼诺年,2015年7月低温高盐水总体上离表层较深,大约为20～30 m(24.5℃等温线和34等盐线),但在近岸处(离岸20 km以内)却相对较浅,24.5℃等温线和34等盐线在整个断面抬升15～25 m,上升流的爬升现象更为明显;受西南季风影响,表层海水离岸运动,低温高盐水沿地形爬升进行补充,是典型的风生上升流。2014年为正常年份,2014年7月,整个断面低温高盐水更接近表层(近岸例外),大约为10～20 m,同等深度低温高盐现象比2015年明显,但上升流爬升现象不明显,24.5℃等温线和34等盐线在整个断面抬升不到10 m;盛行风为东南风、向岸风,对上升流的形成起抑制作用,低温高盐水使整个断面的抬升,不符合风生上升流的特征规律,表明该年琼东上升流的形成可能与外海环流变化导致的温跃层抬升有关。

夏季琼东陆架海急流锋面分析及其混合率参数化

基于2012年7月13日-20日夏季琼东海域的断面调查资料,研究了琼东急流锋面空间分布特征、混合过程及其参数化。结果表明,夏季琼东陆架海急流锋面主要分布在50 m^100 m等深线之间,且100 m等深线附近的锋面为强锋面区。强温盐锋面主要发生在25 m以浅,最大的强度锋面出现在14 m左右。锋区混合率的最大量级10^(-3)m^2·s^(-1),约比大洋平均值高2个量级,且高值主要分布在锋轴线附近和接近海表处。所提出的混合率参数化方案可以较好描述夏季琼东陆架海锋区混合的主要特征。

ENSO发展期琼东上升流的动力过程响应差异

上升流是海洋中最重要的海洋现象之一,通过ROMS数值模型模拟并研究了2000—2013年间琼东上升流对ENSO信号(2002和2009年作为典型ElNio年;2008和2010年作为典型LaNia年)的响应。结果表明,琼东上升流对ENSO气候事件有明显的响应。在ElNio信号较强时琼东上升流减弱,近岸海域水温升高;而在LaNia信号较强时琼东上升流加强,沿岸海域水温降低。对海面风场以及琼东海域沿岸流的分析表明,ENSO信号通过局地海面风场以及沿岸流对琼东上升流产生影响,并且风和沿岸流对琼东上升流的影响是协同的,在ElNio期间均不利于上升流的发展,而在LaNia期间二者的变化均有助于上升流的强化。

夏季琼东上升流的高频变化特征研究

以往对上升流的研究更多的是关注其年际或季节变化,高时间分辨率遥感产品的出现使得研究上升流的高频特征成为可能。本文基于融合的逐日海表温度数据,结合多尺度分割方法,提出了一种探测上升流冷信号异质性的新算法,通过上升流面积和强度指数展示了一个完整的琼东上升流过程。分析SST(Sea Surface Temperature)图像的结果表明,夏季琼东涌升到海面的上升流存在间断期,平均间隔为6d。每年夏季(6-9月)平均有98d在海表面识别到上升流,其平均面积为7698km2,平均强度为1.0℃,两者存在较高的相关性。琼东上升流发生频率与离岸距离成反比,琼东北海域为高发区。不同上升流的影响因子可能不同,离岸风、风应力旋度、热带气旋均与上升流短期变化密切相关。