极区海洋对全球气候变化的快速响应和反馈作用

分析了全球气候变化与极区海洋的相互作用;集成极区快速变暖促使极区海洋出现快速变化的各种现象,如海冰快速变薄和退缩,格陵兰冰盖严重融化,北冰洋和南大洋碳池的固碳能力下降以及极地海洋酸化等.研究提出:北冰洋夏季海冰覆盖面积快速退缩,海冰覆盖面积在2012年8月26日呈现了记录以来的最低值,有模型预测到2035年北冰洋夏季将会见不到海冰.格陵兰冰盖的消融对全球海平面的上升和大洋环流均会产生影响,格陵兰冰盖全部融化将会使全球海平面上升7 m.通过近10 a的观测发现极地海域对大气二氧化碳的吸收能力不升反降,海水对大气二氧化碳的吸收趋向饱和,南大洋和西北冰洋碳吸收能力变弱.有模式预测,到21世纪末,北冰洋表层海水pH值将会降低0.23～0.45,成为全球海洋酸化最严重的海区,而南大洋的表层海水二氧化碳浓度在21世纪下半叶或将超过600μatm的水平,极地海洋酸化对海洋食物链和生态系统的影响可能成为不可逆转的损害.这些极区海洋的快速变化将对全球气候变化产生反馈作用.

海洋-大气二氧化碳通量的观测技术

大范围稳定地获取海洋-大气系统中二氧化碳的精确数据,是海洋科学、大气科学以及全球变化科学和可持续发展科学计划中的重要任务。准确评估海-气CO2通量需要对海洋和大气中相关参数的同步精确连续观测,需要发展和建立海-气CO2通量的立体观测平台。该观测平台包括岸基、船基、航空、卫星和浮标等系统,主要技术包括走航大气和海水观测技术、浮标海-气CO2通量观测技术、极区海洋-大气CO2通量的观测技术和遥感海洋-大气CO2通量观测和评估技术。

中国南大洋海洋大气化学研究进展

海洋大气化学是一门海洋化学与大气化学交叉的新学科。中国的南大洋海洋大气化学研究与我国的南极考察事业同步成长。30多年来,随着南极科学考察的经验积累和数据集成,我国的南大洋海洋大气化学关键过程研究即大气-海洋生物地球化学循环,碳、氮、硫、磷、铁等的海气交换研究都有了长足的进步。与气候变化关系密切的碳、氮、硫的海-气循环等研究,取得了一批新的认知和成果,引起国际学界的关注。自20世纪80年代早期开始至今,我国已开展了三十多次南极科学考察,在这些考察中开展了南大洋大气气溶胶物质来源研究,探究了大气-海洋生物地球化学的一些关键过程,估算了硫、磷、氮、铁的海气交换通量。随着国家重大计划"南极在全球变化中的响应与反馈作用"项目实施及后续研究的开展,对全球变化的敏感要素碳、氮、硫、铁在南大洋的源汇特征及其环境和气候效应等进行了研究,对其有了更深的了解。我们还对南大洋海冰区碳汇格局演变,DMS、MSA、N_2O、Fe等的海气交换过程及其对生态环境的影响有了新认知。同时,在对上述化学物种的实时走航观测关键技术研发上也取得了重要突破,为未来开展相关研究提供了坚实的技术支持;在站区大气污染特征分布上进行了深入探讨,为了解人类活动对站区环境的影响提供了评估依据。

气候变化与亚太海洋区域：影响·适应·风险管理

本文回顾了国内外气候变化评估报告和相关研究成果,概述了气候变化对亚洲-太平洋地区(简称亚太地区)海洋区域的影响、适应和风险管理等.结果表明,亚太地区的气候与海洋环境发生明显变化,陆地和海洋表面温度上升,冰川和积雪等退缩,区域内的季风、降水和海洋环流的时空分布格局变化显著;气候变化对海洋区域的影响与风险主要表现为:海洋生境损失的增加和生物多样性的减少,海洋物种地理分布的迁移和季节活动规律的改变,中国近海赤潮和绿潮等生态灾害的频现,以及海平面的持续上升、风暴潮趋强和沿岸洪涝的频发及其对沿海地区经济社会安全和海洋产业可持续发展的威胁;并且,由于海洋气候变化的影响与风险分布具有明显的不均匀性,特别是海岸带低洼地等脆弱性较高的地区和社区,因此,基于风险管理的理念,总结了应对气候变化的若干协同适应策略与建议.

21世纪海上丝绸之路海洋环境的气候变化与风暴灾害风险探析

海洋环境安全是21世纪海上丝绸之路(丝路)建设的重要保障。文章简要分析了丝路海洋环境关键要素和风暴以上等级灾害性热带气旋系统(简称风暴灾害)的气候变化特征,探讨了海洋环境变化和灾害风险的可能影响,并提出了有关的研究建议。分析表明,气候变化背景下,丝路海区的海水显著变暖、热比容海平面升高明显,丝路沿海洪水、风暴潮等高水位事件发生频次可能会增加,进而对港口建设和航线通畅造成较大影响。1940-2016年间,西北太平洋风暴灾害主要集中登陆和影响厦门以南沿海地区,其中,南海风暴灾害的路径分布自20世纪80年代后有向孟加拉湾周边地区拓展的趋势;登陆厦门以北的风暴灾害的路径分布和影响范围20年左右的趋势变化明显,近期有向南(厦门)集中推进的趋势,基于此,未来20年风暴灾害登陆路径和影响范围以向北迁移推进为主,这可能会在一定程度上有利于我国海上丝路建设的顺利开展和实施。而气候变化下强的热带气旋发生频次和登陆密集度有可能增加,随之可能带来更大的影响和损失。此外,北印度洋风暴灾害的影响范围也会向西和南扩展,以至经常影响阿拉伯半岛和索马里半岛;地中海西部海岸,在北大西洋飓风活动频次和强度增强的情景下,未来有可能存在风暴潮的威胁。今后加强开展气候变化与海洋环境灾害风险方面的观测和基础应用研究,是提升21世纪海上丝绸之路海洋环境安全保障水平的主要任务之一。

海洋大气环境多参数走航观测系统的集成和应用

海洋大气环境是陆源污染物进入海洋的主要通道,也是陆海相互作用的主要桥梁。海洋大气环境调查研究及其技术发展已成为全球变化研究的重要内容。文中介绍海洋大气环境多参数走航观测系统的集成技术,并在我国近海海洋环境综合调查与评估的台湾海峡和南海现场调查中应用。该系统的集成技术可以适应海区大气环境多种参数走航观测量的需要,自动化程度高,精度高,为研究海洋大气环境中主要有害物质的状态、来源、迁移变化和入海通量提供现场走航直测数据。

21世纪海上丝绸之路海洋上层热含量及热比容海平面异常变化

气候变暖背景下,全球平均海洋变暖和海平面上升显著,为人类社会的可持续发展带来巨大挑战。上层海洋热力状况是海平面变化的主导因子之一。本文围绕"21世纪海上丝绸之路"途经海区(文中简称为丝路海区)上层海洋热含量异常的区域性时空特征,分析探讨了丝路海区热比容海平面异常的时空变化、演变特征及可能影响,以期为"21世纪海上丝绸之路"海洋环境安全保障提供服务支撑。结果表明,自20世纪70年代中后期,丝路海区上层(0~700m)海洋已明显变暖,尤其20世纪90年代中后期增暖幅度显著加大。近60年来,在丝路海区热带海洋中,西太平洋的北赤道流区及以北海域、东海黑潮流域以及南海北部和南部海区、阿拉伯海西北部海域、马来西亚西北部海域及南印度洋部分海域具有长期增暖趋势。热带西太平洋暖池区整体增暖不明显,主要与印度洋中部海域呈反位相变化,且明显受到季节和年际变化的调制。长江口附近沿岸、南海北部沿岸、中南半岛南部沿岸以及阿拉伯海西北部沿岸的近岸海域长期增暖明显,自20世纪90年代中后期,中南半岛东部和西部沿海、澳大利亚西部沿海以及我国东南沿海热比容海平面上升明显。近岸热比容海平面的季节演变对沿海地区社会和经济发展会造成一定影响。此外,东亚夏季风与东海、黄海和渤海热比容海平面的上升显著相关,同时,ENSO、太平洋年代际振荡和印度洋偶极子的发生也均与我国东南沿海和印度洋西部沿海热比容海平面上升明显关联。特别是,气候变暖情形下,各种区域性致灾因子和气候变率的协同影响会对丝路海区海岸带和沿海地区的防灾减灾与社会经济发展带来较大挑战,开展海岸带和沿海地区全球变化综合风险研究成为当前首要任务。

极区海洋碳池变化性和脆弱性及其探测工程技术

利用中国南极考察和北极科学考察在南大洋和西北冰洋开展的连续围绕大气和表层海水pCO2及其相关参数观测和海气CO2通量评估,阐述南大洋和西北冰洋碳池的年际变化性,分析探讨其脆弱性,并展望了极区海洋碳池探测工程技术。

台风“碧利斯”在厦门海域的酸沉降特征及其氮、磷营养盐对海洋的输入评估

通过对台风"碧利斯"影响期间厦门滨海地区降雨化学特征的研究,以及对台风降雨与春夏季降雨样品的比较研究发现:主要离子降雨的月沉降通量根据其特点可分为4类.台风降雨的pH明显大于非台风降雨,台风"碧利斯"和"格美"降雨样品的pH不具有酸雨特征.台风"碧利斯"的降雨能有效清除空气中的酸雨成分,同时减少对厦门滨海地区的酸沉降和对海洋的酸输入.春夏季降雨和台风降雨的N/P比都远高于海水Redfield值.通过估算发现台风"碧利斯"的直接湿沉降对台湾海峡西部表层海水D IN(溶解无机氮)有很大的增加,而PO43-的输入量则很小.

海洋核污染的应急监测与评估技术展望

介绍了海洋放射性核素的来源和组成,综述了国内外在海洋放射性核素检测方法和海洋放射性实时监测网络技术的进展,讨论了开展海洋非人类物种辐射防护评价研究的迫切性和可能性,以及相关的海洋放射性污染评价方法。最后,针对我国目前海洋放射性监测发展提出了几点建议。

基于IPCC-CMIP5预估21世纪中国近海海表温度变化

观测事实表明,近百年来全球气候经历了显著的变暖过程,并且在人类活动排放的CO2等温室气体不断增加的前提下,未来变暖将会持续下去.利用IPCC第五次评估报告中34个CMIP5模式对于未来不同CO2排放情景下的输出结果,评估了未来百年中国近海海表温度（SST）的变化趋势.结果表明,基于当前人类的CO2典型排放速度（RCP4.5）,中国近海的大部分海区在2030年以后普遍升温并将接近或超过1℃（相对于1970-2005年的历史海温）.其中,中高纬度海区的升温速率最为明显,黄海、渤海和东海的增温幅度明显高于南海,在2030-2039、2060-2069年和2090-2099年间的升温将会分别超过1、2℃和3℃左右.在CO2加倍排放的情景下（RCP8.5）,渤海在21世纪末最大升温可能接近5℃,从而成为全球升温幅度最大的区域之一.由此可见,未来气候变暖背景下中国近海的环境生态将面临严重挑战,这也使得控制减少温室气体的排放、降低气候变化的风险成为当前的紧迫议题.

1307号台风“苏力”影响期间厦门大气气溶胶中细颗粒物组成变化的特征

厦门是南亚热带海洋性季风气候,海洋雾霾和台风影响明显.本文利用单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪(SPAMS)对2013年第7号台风"苏力"登陆前后期间(7月10日至7月18日)厦门上空大气气溶胶中细颗粒物进行实时在线观测,分析典型的台风极端天气对厦门大气气溶胶特征的影响.在此次研究中厦门上空气溶胶中的物质主要可分为:元素碳、有机碳、生物质燃烧、元素有机碳、含铅颗粒、含钒颗粒物、含钙颗粒物、海盐和高分子颗粒物等9类.研究结果表明台风影响过程中细颗粒组成发生明显变化具体为:台风前船舶排放的含钒颗粒物明显增多,这与台风前大量船舶驶入并停靠在厦门锚地避风有关;随后台风强气流将其他地区的污染物带入厦门,颗粒物数浓度不断升高达到最高值;强降雨的清扫作用使得大气中颗粒物的浓度迅速降低,但台风过后大气中颗粒物数浓度则迅速升高.润滑油燃烧产生的含钙和磷酸盐的颗粒物数浓度升高最为明显,表明汽车尾气仍然是厦门本地污染的重要来源.

两种海洋二氧化碳现场监测技术比对研究

对目前国内外两种主要的测量海水二氧化碳分压的仪器进行同步实验对比研究,其中一种仪器是建立于水汽平衡法的海水二氧化碳自动监测系统(简称GO系统),另一种是建立于膜分离技术方法的水下二氧化碳连续监测传感器HydroC/CO2FT(简称Contros系统)。对实验测量结果进行分析和讨论后,确定了两种仪器测定值间的可比性,两种仪器的测量数据具有随时间变化大体一致的趋势。同时分析了两套系统之间不同的特点以及正确的使用条件。

海洋N_2O的研究进展

N2O在大气中的浓度仅为CO2的浓度的千分之一左右，但在同等浓度的情况下温室效应却是CO2的200-300倍；它在大气层中的光化学产物会与臭氧反应，从而损耗平流层的臭氧。N2O的环境效应引起人们的关注，许多国际气候变化研究项目都把其列入重要研究内容。通过对过去40年的相关研究工作进行综合分析，阐述MO在海洋中的分布规律和其影响因素、产生的机制、它的海气通量及其影响因素，从而揭示N2O的海洋生物地球化学循环过程以及这一过程对全球氮循环的贡献。

南极和北极地区变化对全球气候变化的指示和调控作用——第四次IPCC评估报告以来一些新认知

政府间气候变化专门委员会(IPCC)2007年发布了第四次评估报告,全球气候变化问题再次成为一个重要的国际科学和政治议题。2007年以来,通过实施第四次国际极地年行动所获得的成果进一步证明,全球变暖所诱发极区出现的快速变化正在经历由量到质的转变,表明两极变化对全球气候变化起着一种指示和调控作用。一些研究指出:北冰洋会在2040年前后出现夏季无海冰并将引起北半球大范围的持续暴雪的寒冷冬季发生;2050年左右南极上空臭氧空洞可能消失并恢复到20世纪80年代水平,南极地区由此会发生快速升温并引起东南极冰盖融化和海冰覆盖面积减少,使海平面升高加速;极区海水温度快速升高会驱动极区表层海洋和上覆大气之间的CO2分压加速平衡,极区海洋吸收大气CO2并储存增多,并诱发海洋酸化从而损坏海洋生态系统和食物网。

海洋船舶排放清单估算及相关法规进展

文章通过分析船舶排放清单估算方法,提出控制船舶NOX、SOX排放的重要性,进而介绍国内外关于船舶排放的相关法规标准及实施进展。当前,我国在控制船舶排放方面的相关法规及措施仍很不完善,加强我国海洋船舶排放监控并完善清单估算及相关法规十分重要。

燃煤细颗粒在过饱和氛围下声波团聚脱除的实验研究

在不同过饱和氛围下,建立了燃煤细颗粒在声波场中团聚长大脱除的实验装置,对细颗粒物在声波场和不同过饱和氛围下的团聚长大脱除特性进行了实验研究。结果表明:细颗粒在声波场中的夹带系数随过饱和度的增大而增加,相应的脱除效率也有所提高;在过饱和度低于1.0时,细颗粒的总脱除效率很低(约为10%),且几乎不随过饱和度的增大而增加,而当过饱和度大于1.0后,细颗粒的脱除效率随过饱和度的增大而迅速提高,过饱和度从1.0增大到1.5,相应的脱除效率提高了近50%。细颗粒的脱除效率随声压级的增大而提高,在过饱和度为0.3时,细颗粒无法发生凝结长大,总脱除效率很低,低于20%。但当过饱和度达到1.2,细颗粒的脱除效率得到了大幅提升,声压级在130dB时,细颗粒的脱除效率达到了70%左右,表明在低声压级的情况下,利用蒸汽相变可有效提高细颗粒在声波场中的团聚脱除效率。

中国东部夏季降水年际变化与东中国海及邻近海域海温异常的关系

本文首先利用1979～2008年中国756个站点和GPCP2.1的降水资料与Hadley中心的HadISST再分析海温资料以及应用合成和相关分析方法,分析了中国东部夏季降水年际变化及其与东中国海及邻近海域海温异常的关系。分析结果表明:当东中国海及邻近海域为暖(冷)异常时,长江中下游、江淮地区夏季降水减少(偏多),而东北南部的降水偏多(减少)。并且,本文应用RegCM3区域气候模式对上述关系进行数值试验,结果表明了东中国海及邻近海域的暖(冷)异常,将使得我国长江、黄淮流域和华北大部分地区夏季降水的减少(增加),而华南地区、东北南部和朝鲜半岛等地夏季降水的增加(减少)。此外,本文还利用NCEP/NCAR再分析资料和数值模拟对上述关系的大气环流变异过程进行了分析,分析结果揭示了上述海域的升温或降温对东亚地区上空的纬向和经向环流有较明显的影响。当东中国海及邻近海域升温时,除了在该海域东部引起低空辐合,高空辐散,产生上升运动外,还在其西部的长江、黄淮流域和华北地区引起低空辐散,高空辐合,产生下沉运动,这将引起长江、黄淮流域和华北等地夏季降水的减少;并在华南、东北南部和朝鲜半岛地区引起低空辐合,高空辐散,从而产生上升运动,这使得华南地区、东北南部和朝鲜半岛夏季降水的增加。反之,当东中国海及邻近海域降温时,上述区域出现相反的现象。这些都说明东中国海及邻近海域的热力状态可能是影响我国东部夏季降水的重要因子之一。

厦门岛南部沿岸大气气溶胶成分谱分布特征

采用单颗粒气溶胶质谱仪（SPAMS）对厦门岛南部沿岸大气气溶胶颗粒进行了实时在线分析,获得了大气气溶胶颗粒的粒径和化学组成的谱分布特性,并对大气气溶胶的浓度、组成及其来源进行了分析.结果表明：厦门近海大气气溶胶在测量范围内呈单峰分布,峰值粒径在0.6 μm左右,且主要为亚微米级颗粒物;含NOx-、HSO4-、Cl-、NH4＋和Na＋等的气溶胶颗粒具有明显的谱分布特性,含有NOX-、HSO4-和NH4的颗粒特征峰值在0.4～0.8μm之间.含NOX-、HSO4-、Cl-和Na＋的细颗粒具有明显的日变化特征,第一次较高颗粒数峰值发生在上午08：00～12：00之间;第二次较弱的峰值发生在23：00～03：00点之间.气溶胶颗粒中元素碳（EC）和有机碳（OC）占有较大的比重,二者占总颗粒物的28.96％,且主要分布在小粒径段颗粒;生物质燃烧颗粒和二次气溶胶颗粒分别占总颗粒数的21.77％和17.68％,说明该地区大气细颗粒中存在较为严重的二次气溶胶污染问题;海盐颗粒和粉尘颗粒主要集中分布在1.0～1.5μm的粒径段,其中海盐颗粒占总颗粒数的11.79％,说明海盐粒子对近海大气气溶胶的组成具有较大影响.

中国近海区域浮游植物生态对气候变化的响应

我国近海区域对气候变化高度敏感,浮游植物生态的变化关系到我国近海生态安全.采用重构的遥感数据等资料,分析并综述我国近海区域浮游植物叶绿素a浓度、初级生产力和浮游植物群落结构对气候变化背景下海水升温、风场等环境因子的响应.结果表明,东(南)中国海叶绿素a浓度略有上升(下降)的趋势,但浮游植物群落结构和生物量有明显的变化;其中,微微型浮游植物和甲藻占比增加,小型浮游植物物种成为海区优势种,暖水性种分布区北扩,而这与气候变化背景下海洋热动力环境的长期变化及其对营养盐供给的影响关系密切.分析还指出了气候变化对我国近海区域海洋生态影响研究迫切需要开展的若干工作.