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。

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.

北冰洋海洋酸化和碳循环的研究进展

海洋响应大气CO_2升高,引起海水pH和碳酸钙饱和度下降,这一过程称为海洋酸化.海洋酸化可能会对海洋生物和生态系统造成严重危害.在过去的20年中,全球气候变化引起北冰洋发生一系列快速变化,包括:海表温度上升、海冰快速后退、太平洋入流水增多、北冰洋和大气环流异常、淡水储量增加、初级生产力变异等.全球气候变化所诱发的北极快速变化预计将放大北冰洋海洋酸化,通过CO_2吸收和碳输送,北冰洋在响应气候变化较其他大洋更快速和显著.本文以北冰洋近岸碳吸收和碳封存研究,海盆区域表层海水p CO_2变异机理研究,20年来西北冰洋的酸化水体扩张现象为主线,综述了北冰洋快速融冰背景下的区域碳循环研究进展,并分析了其酸化水体增长与过去20年的环境和气候变化之间的联系.

Visual Basic 6.0和Matlab混合编程处理海洋化学实验数据

主要阐述了应用Visual Basic 6.0中的ActiveX技术把Visual Basic的可视化设计同Matlab处理数据的优越性结合起来处理海水水质测量实验数据,从而大大简化实验数据处理的繁琐,提高了工作效率。

冬春季台湾海峡西北部海域大气颗粒物中多氯联苯污染特征

2006年1∽4月在台湾海峡西岸东北部的平潭岛上空采集了大气颗粒物样品，分析样品中的多氯联苯（PCBs）、类二噁英类多氯联苯（DL-PCBs）等浓度及组成，研究了海岛大气的污染特征及其可能来源．结果表明：平潭岛大气颗粒物中 PCBs 的质量浓度为0．223～21．658 pg ／m3，平均值为4．820 pg ／m3．28个 PCBs 同系物单体中以 PCB138和 PCB189为主．颗粒物中 PCBs 的组成以六氯取代和七氯取代的高氯取代为主，平均约占总浓度的44．5％和32．2％．11个 DL-PCBs的毒性当量范围为0．008～215．576 fg ／m3，其中对毒性当量贡献较大的为 PCB126、PCB123和PCB189．CPCBs-27和 CDL-PCBs-11均呈现出冬季1、2月浓度相对较高，春季3、4月较低的趋势．气团后向轨迹分析表明，平潭岛地区冬春季大气颗粒物中 PCBs 可能来源于北方城市地区的供暖和工业排放．

东亚气候的年代际变化对中国近海生态的影响

回顾了近几十年来中国近海赤潮的发生,利用长时间序列NCEP、ERA-40、HadISST和SODA等大气海洋高分辨率的再分析资料以及经验正交函数(EOF)方法,分析了近50a来东亚气候的异常变化,包括东亚夏季大气环流的年代际变化,东亚大气环流散度场、中国近海表层海温(SST)和经向海面风应力的时空特征及其与中国近海环境和生态异常的联系.结果表明,20世纪70年代末以来,中国大陆东部和东海近岸从长江口至台湾海峡附近海域上空的低层大气辐合表现为年代际增强,与该海域赤潮的发生在气候态时间尺度上有显著的对应关系,而低层大气辐合的偏强则有利于该海域上升流的形成和加强,易促使沉积于海底的营养盐和蛰伏的赤潮藻孢囊(休眠细胞)运移至海水表层;并且,近30a来中国近海出现了SST持续上升和经向海面风应力不断减弱等有利于赤潮发生以及海洋生物地理分布变化的年代际气候异常现象.这表明东亚海洋大气的年代际异常可能是该海域20世纪70年代末以来赤潮等生态灾害频发和中国近海海洋生物地理分布变化尤其是鱼类物种北移的重要原因之一.

源地黑潮及其上下游流量的变化特征

本文基于长时间序列的海流和温盐资料(最新版SODA高分辩率再分析资料和137°E断面的观测资料),计算了黑潮流系四个主要断面的流量,并分析了它们的变化特征.结果表明,黑潮流系各主要断面流量具有显著的季节性差异,其年际、年代际变化明显.相关分析表明,源地黑潮及其上下游流量变化具有较强的独立性,变化不尽一致,其中,短期气候变化特征可能与热带太平洋的年际变化有明显关联,而年代际变化则可能与发生于北太平洋的年代际变化以及其它副热带中尺度涡旋等变化有一定联系.

西太平洋热通量变化及其与中国夏季降水量异常的联系

利用EOF方法分析了1951～2008年间西太平洋湍动热通量的时空特征,并探讨了中国夏季降水异常与同期西太平洋潜热通量时空格局的联系.结果显示,西太平洋潜热和感热通量距平场具有较相似的空间分布以及显著的年际变化,但潜热通量的变化幅度较感热通量大;潜热通量距平场的空间变化存在明显季节差异.冬季潜热通量变化的显著区域位于黑潮流域,而夏季则见于西太平洋暖池区.冬、夏季潜热通量除了具有准4a振荡周期外,还存在着明显的线性增强的长期变化趋势.进一步分析表明,夏季西太平洋潜热通量变异主要存在着偶极型、同一型和三极子型模态,其时间系数分别具有显著的准4a、准2a和29a的周期变化,它们分别对应着不同的中国夏季降水量异常的分布,而大范围的潜热通量负异常则与中国江淮流域大部和华北北部地区的降水偏多相对应.这为中国降水量的异常及机理研究提供了必要基础.

东亚季风在东中国海海面高度变化中的作用

应用长时间序列的CORA、COADS、CORE和SODA等高分辨率的海洋和大气再分析资料及区域海洋模式(ROMS),重点研究了中国东海及其邻近海域(简称东中国海)海面高度对1976/1977年前后东亚季风年代际跃变(减弱)的响应.结果表明,1976/1977年前后东亚季风跃变后,东中国海的海洋环流对此有明显的响应,并引起海面高度的明显变化.其中,夏季,中国黄海出现2个反气旋距平环流,东海包括济洲岛附近海域出现3个气旋性距平环流,并通过黄海暖流分支的增强,南黄海和东海沿岸及离岸流的减弱,使水体倾向于向黄海和长江口沿岸输运,这容易使得黄海和长江口沿岸海面高度上升;冬季,中国黄海南部和长江口北侧分别出现反气旋距平环流,东海东北部及济州岛附近海域出现1个气旋性距平环流,进而通过黄海沿岸流的减弱和台湾暖流的增强使水体主要向黄海、渤海输运,从而有利于相应海域海面高度偏高.由此可见,东亚季风的变异可引起东中国海海洋环流系统的异常,进而在东中国海海面高度的变化中起着重要的作用.

厦门湾浮游生物量和营养盐含量时空分布的数值模拟研究

初步构建了一个以浮游植物(P)、浮游动物(Z)和营养盐(N,包括无机氮和活性磷酸盐)为生态变量的NPZ简单生态模型,并通过与POM三维水动力模型的耦合,建立了三维浮游生态动力学模型,开展了厦门湾全海域三维浮游生态系统时空变化的模拟研究.结果显示,厦门海域浮游动植物有明显的季节变化,春、夏季生物量最高,秋、冬季较低,但不同的海区达到峰值的季节并不相同;活性磷酸盐含量冬季最高,春季最低,与浮游植物量值有较明显的反位相关系,表明厦门湾海域浮游植物的生长主要受活性磷酸盐含量限制.模拟结果符合历史观测特征,且模拟值与实测值量级比较吻合,因此所建立的三维浮游生态动力学模型可用于描述厦门湾海域浮游生态的时空变化特征.

福建沿海海岛大气颗粒物中有机氯农药的区域背景及污染特征

为了研究沿海海岛背景区大气OCPs(有机氯农药)污染特征,于福建东山岛采集大气颗粒物样品,分析其中20种OCP化合物的质量浓度及可能来源.结果表明:东山岛大气颗粒物中ρ(总OCPs)为0. 05~13. 24 pg/m3,平均值为(3. 21±2. 78) pg/m3.其中,ρ(HCH)(HCH为六六六)最高,占ρ(总OCPs)的50. 2%,其次是ρ(甲氧DDT)(甲氧DDT为甲氧滴滴涕)、ρ(DDT)(DDT为滴滴涕)和ρ(异狄氏剂),而ρ(氯丹)、ρ(硫丹)、ρ(艾氏剂)和ρ(狄氏剂)均较低.ρ(总OCPs)季节性变化特征明显,表现为春季>冬季>夏季. OCPs分子标志分析显示,冬季和春季东山岛存在林丹新源的输入,夏季存在DDT新源的输入,而氯丹和硫丹主要以历史残留为主.与其他区域相比,东山岛大气颗粒物中ρ(总OCPs)明显低于城市、工业、农业、郊区、陆地背景区以及欧洲沿海背景区,总体处于较低水平.按功能区分化,OCPs的污染特征表现为城市、工业和农业区域>郊区、陆地背景区>海洋背景区.气团后向轨迹分析显示,春季ρ(总OCPs)较高可能受到北方陆地污染气团来源的影响,而夏季ρ(总OCPs)较低主要受到洁净海洋气团来源的影响.研究显示,福建沿海海岛背景区域大气中OCPs受污染源影响较小,其赋存状态处于较低水平.

热带西太平洋海表盐度的变化特征及其对淡水通量的响应

基于1980~2015年的全球简单海洋资料同化分析系统(SODA)、全球海气通量(OAFlux)和全球降水气候学计划(GPCP)等海洋、大气观测再分析资料,采用线性拟合、经验正交函数(EOF)分解、相关分析和波谱分析等数理统计方法,分析了热带西太平洋海表盐度(SSS)和淡水通量时空变化特征及其关系.结果表明,SSS与淡水通量的气候态及长期线性变化趋势有较好的空间对应关系,两者均有多种时间尺度的EOF模态,其年代际变化模态有较好的正相关关系,并与太平洋年代际振荡(PDO)有密切的滞后相关.分析表明,PDO可能通过影响Walker环流的变化来影响热带西太平洋的淡水通量分布,从而影响SSS的时空格局.

2000年以来福州地区夏季极端高温的新特征及成因探讨

近几十年来,全球气候变暖背景下夏季中国大陆大中城市的极端高温事件趋于频繁,其时空格局发生了显著变化,并对社会经济环境造成了严重的影响。中国气象局最近发布的数据表明,福州市因高温天数最多而被称为中国＂第一火炉＂,一度引起热议。本文利用逐日的观测资料建立了多个极端高温指数（极端高温天数、极端最高气温、平均最高气温和炎热指数等）序列,综合分析了在1960-2013年间夏季福州市极端高温的变化趋势,并与传统的＂四大火炉＂城市（重庆、武汉、南昌和南京）做了比较。结果表明：福州市的高温指数在20世纪60、70年代并不突出,但在1970年代末和1990年代初经历两次转折后,均有显著的上升过程,其中,极端高温天数、日最高平均气温和相对湿度在2000年左右均发生了一次显著的突变;进入21世纪后,除了在年平均极端最高气温不如重庆高外,其他各项极端高温指数均超过传统的＂四大火炉＂。分析还表明,21世纪初以后,中国东部沿海地区特别是福州市的极端高温是由大气环流变异引起的,其贡献主要源自低层水平和垂直温度平流的异常,而局地非绝热加热的贡献较小。此外,近十年来,西太平洋副热带高压的明显西伸也有利于夏季中国南方城市的极端高温事件的频繁发生。

西太平洋暖池水体振荡与赤道中东太平洋海表温度异常的关联性初探

赤道中东太平洋海表温度异常是研究ENSO(El Ni?o-South Oscillation)的重要指标。本文利用海洋再分析数据,着眼于西太平洋暖池暖水体三维结构的年际变异特征,分析西太平洋暖池水体变动与赤道中东太平洋海表温度异常的关联性,并从前期西太平洋暖池三维暖水体的结构演变及其在上层海洋质量与热量配置中的作用角度,探究了赤道中东太平洋关键Ni?o分区海表温度异常变化的内在一致性,以期为ENSO的预测预报提供新的思路和依据。分析表明,ENSO尺度上西太平洋暖池三维结构变异主模态表现为暖水体平均约以170oE为轴的纬向时空振荡,其可超前赤道中东太平洋海表温度异常变化约达6个月,并以在赤道中东太平洋及附近海域形成双舌状异常"暖池"为显著特征。前期暖池暖水体的纬向振荡是赤道中东太平洋海表温度异常变化的重要前兆信息之一。作为海洋中ENSO暴发的重要源区和驱动因子,西太平洋暖池纬向振荡通过在中东太平洋形成不同强度(泛指暖水量及其深度和范围等的大小)的异常"暖池",进而在上层海洋质量和热量的纬向配置中起关键性作用,并且可能与不同EI Ni?o事件的触发机制密切相关,从这种意义上讲,不同ENSO事件的发生和发展存在一定的同源一致性。

东海冷涡对黑潮热输运年代际跃变的响应

基于SODA、CORA和CORE等高分辨率海洋和大气再分析资料,分析了1976/1977年前后黑潮经向热输运的年代际跃变特征,并应用区域海洋模式(ROMS),研究了东海冷涡对黑潮经向热输运年代际跃变的响应.分析与数值实验结果表明:在1976/1977年前后,黑潮经向热输运有明显的跃变,冬、夏季黑潮的热输运分别增加了约8.0%和8.5%;1976/1977年黑潮经向热输运发生跃变后,冬季东海冷涡则没有明显变化,而夏季东海冷涡则明显增强,除了冷涡中心的温度显著降低外,气旋式环流也显著加强.此外,分析还表明:冬季,黑潮经向热输运跃变并未引起黄海暖流的明显变化,而冬季风导致的海水强烈混合冷却作用可能抵消了黑潮经向热输运的影响,这使得东海冷涡的变化并不明显;夏季,受黑潮经向热输运跃变的影响,台湾暖流显著增强,从而引起东海冷涡区域气旋式环流的加强和冷涡中心温度的降低,并且,在其裹挟作用下,东海冷涡向北移动.

西北太平洋水汽输送异常及其与中国夏季降水的耦合模态

基于长时间序列的大气资料,计算了西北太平洋地区的水汽输送通量,分析了水汽输送通量场的时空变化特征,并给出了西北太平洋水汽输送通量与中国夏季降水异常的耦合模态。结果显示:西北太平洋水汽输送通量场具有显著的经向型、辐散型和纬向型3个主要的空间型,这三种模态的年循环特征都很显著。夏季,西北太平洋水汽输送通量异常以辐散型为主,且具有显著的准两年周期振荡特征和明显的年代际变率;在西北太平洋水汽输送通量与中国夏季降水异常前三类主要的耦合模态中,水汽输送通量异常以纬向型和辐散型为主。分析表明,西北太平洋水汽输送通量变化是影响中国东部降水异常的重要因素之一,而西太平洋暖池区、黑潮流域和中国近海尤其是南海海域则是向中国输送水汽的关键区域。这可为西北太平洋海气相互作用过程及其对中国气候的影响研究提供了必要的科学依据。

东海M_2分潮模拟中开边界条件的探讨

基于POM模式,采用第一类水位、流速和Flather(1976)3种开边界条件,模拟了东海的M2分潮.结果表明,在这3种开边界条件下,均能成功地模拟M2分潮的传播特征,以及在该海区内的三个半无潮点.计算结果与实测的较吻合,并且在Flather开边界条件下,模拟的振幅和迟角与实测资料的偏差分别为5.62cm和7.90°,效果最好.这也说明Flather开边界条件是潮汐模拟当中较可取的一种开边界条件.