全球地形影响大气和海洋经圈环流的耦合模式研究

利用气候系统模式(CESM1.0)研究陆地地形改变对大气?海洋经圈环流的影响。模式首先给出真实海陆分布及陆地地形情况下的大气?海洋气候态, 然后给出平板陆地情况下(陆地海拔均匀10 m)的气候态。与真实世界相比, 平板陆地情形下大气?海洋经圈环流发生重大改变: 首先, 年平均大气对流中心南移到赤道附近, 使得大气哈德雷环流相对于赤道对称; 其次, 海洋的经向翻转流变强, 大西洋经向翻转流完全消失, 取而代之的是在太平洋出现强大的经向翻转流及热盐环流。在平板陆地情形下, 北半球中高纬度大气抬升减弱, 向北的大气热量输送减少, 北半球温度降低, 大气对流中心因而向赤道迁移; 同时, 海洋向极地的热量输送也减弱, 中高纬度海洋变冷, 北太平洋海水密度增加很多, 北大西洋海水密度降低, 导致海洋经向翻转流从大西洋转移到太平洋。     

大西洋热盐环流减弱对热带太平洋气候平均态及年际变率的影响

利用一个完全耦合的海气模式, 通过对比分析两组试验中海表温度、盐度、风应力等气候态变化特征以及ENSO强度和频率的变化, 研究热带太平洋气候平均态及年际变率对热盐环流减弱的响应。在北大西洋高纬地区注入1 Sv淡水后, 大西洋经向翻转流(AMOC)减弱约90%, 这直接导致向北的经向热量输送减少, 使北大西洋有明显降温, 南大西洋略有升温。这些变化会经过大气和海洋的远程传播以及局地海气反馈作用, 影响热带太平洋气候平均态: 赤道东西太平洋的SST都略有增温, 但纬向温度梯度和纬向风应力并没有太大变化, 赤道太平洋温跃层的深度和倾斜度也基本保持不变。相应地, ENSO强度和频率也没有明显变化。由此得出结论: 热盐环流减弱会引起全球气候平均态的变化, 但对热带太平洋的年际变率没有太大影响。     

不同分辨率下青藏高原对大西洋经向翻转流影响的耦合模式研究

利用耦合地球系统模式CESM1.0, 探究不同分辨率下青藏高原对大西洋经向翻转流(AMOC)的影响。对比有青藏高原地形与无青藏高原地形的试验, 发现移除青藏高原后AMOC的变化与模式分辨率有关, 不同分辨率下AMOC的变化不一致, 低分辨率试验中AMOC强度降低 89%, 高分辨率试验中仅降低13%。产生这种差异的原因是, 不同分辨率下对深水形成有重要贡献的混合层潜沉位置和强度的变化显著不同: 低分辨率试验主要位于格陵兰海?冰岛海?挪威海(GIN), 高分辨率试验主要位于拉布拉多海, 移除青藏高原后, 高、低分辨率试验中潜沉均减弱, 但低分辨率试验中减弱幅度大于高分辨率试验, 高分辨率试验中位于拉布拉多海的潜沉强度减弱最明显, 低分辨率试验中所有海域的潜沉强度均减弱, GIN海域尤其明显。模拟结果与观测风场数据以及北大西洋深水形成最新观测结果的对比表明, 在所研究海域, 低分辨率耦合模式的模拟结果更接近观测值。     

压力坐标海洋环流模式的发展和应用前景

Boussinesq近似的海洋环流模式是基于体积守恒而不是质量守恒模式,因此非经质量订正不能正确模拟海表高度的全局变化,而基于压力坐标考虑海水可压缩性的海洋环流模式则可以精确地保证质量守恒,更适用于海底压力和海表高度的模拟.介绍了在理想几何条件下这两类模式模拟的北大西洋海盆和太平洋海盆海表高度和海底压力的比较.讨论了对Boussinesq近似模式进行全局质量订正的必要性、地转适应过程在减小两类模式模拟结果差异方面的作用、以及压力坐标海洋环流模式的应用前景.     

压力坐标海洋环境模式的发展和应用前景

Boussinesq近拟的海洋环流模式是基于体积守恒而不是质量守恒模式，因此非经质量订正不能正确模拟海表高度的全局变化，而基于压力坐标考虑海水可压缩性的海洋环流模式则可以精确地保证质量守恒，更适用于海底压力和海表高度的模拟，介绍了在理想几何条件下这两类模式模拟的北大西洋海盆和太平洋盆海表高度和海底压力的比较，讨论了对Boussinesq近似模式进行全局质量订正的必要性，地转适应过程在减小两类模式模拟结果差异方面的作用，以及压力坐标海洋环流模式的应用前景。     

2016年物理海洋学热点回眸

 物理海洋学是由海洋观测、理论分析和数值模拟共同推动的科学。得益于海洋观测和数值模拟能力的提高,2016年物理海洋学取得了一系列重要进展。简述了2016年大西洋经向翻转环流变异、西边界流与中尺度涡相互作用、温跃层湍流混合等重要研究成果,回顾了中国在热带西太平洋及邻近海域海洋观测网的建成、新型Argo浮标投入使用等海洋学热点事件。     

干、湿大气环流模式中地表增温的经向分布及其机制

使用耦合了平板海洋的三维大气环流模式, 探究理想条件下极地增温放大现象的产生机制。实验中关闭海冰和云的辐射效应, 固定地表反照率, 并将海洋经向热量输送设置为零。通过控制地表蒸发的有无, 模拟湿大气和干大气两种情形。模拟结果显示, CO₂浓度加倍后, 湿大气环流模式中存在极地增温放大的现象, 而干大气环流模式中不存在这种现象。在干大气环流模式中, 地表增温幅度基本上不随纬度变化, 即均匀增温。湿大气环流模式中, CO₂浓度加倍导致的直接辐射强迫和水汽反馈导致的辐射效应都是热带比极地更强, 唯一能够解释湿大气中极地增温放大原因的是从赤道向极地的大气能量传输增强。在干大气环流模式中, 从赤道向极地的热量输送及其变化比湿大气弱很多, 因此无法支持极地增温放大现象。干大气中的均匀增温是CO₂的直接辐射强迫和普朗克效应相互竞争的结果。研究结果表明, 与水汽相关的经向热量输送是地球极地增温放大的关键因素, 而在基本上没有水汽的火星上, 可能不会出现极地增温放大现象。     

青藏高原对非洲北部降水影响的模拟研究

利用耦合模式CESM1.0, 研究青藏高原地形对非洲北部降水的影响。敏感性试验结果表明, 去掉青藏高原地形后, 首先, 大气环流迅速做出调整, 出现自热带大西洋向东北方向至北非的水汽输送异常和自印度洋向西至北非的水汽输送异常, 造成北非大气水汽含量增加和水汽辐合增强, 降水增多。然后, 当海洋环流调整到准平衡态时, 北大西洋海表温度降低, 南大西洋海表温度升高, 地表大气温度也发生相应的变化。在南北温度梯度的影响下, 原本由热带大西洋向北非的水汽输送发生转向, 导致北非的水汽含量减少和水汽辐合减弱, 使得降水比前一阶段减少。即便如此, 在没有青藏高原的试验中, 当海洋环流调整到平衡态时, 北非大部分区域水汽辐合仍然强于有青藏高原的真实地形试验, 区域平均降水也增多。结果表明, 青藏高原的隆升可能在一定程度上加剧了北非的干旱化。     

浮游植物对海水升温影响的试验

浮游植物的光合作用对海洋吸收太阳辐射的升温过程有一定的调节作用.为了更好地阐释这一调节作用,设定490nm光照条件,采用3组吸收特征不同的水样,同步进行光照试验.结果显示,浮游植物的光合作用对海水的升温幅度产生17.9%~20.0%的减弱作用,说明次表层(10~50m)海水因太阳辐射导致的升温幅度很可能与目前通用的海洋环流模式估算结果不一致,而影响程度会因不同海域的叶绿素浓度不同而有所差异.这一结果对于进一步完善海洋环流及气候模式中对各参数的模拟,更好地认识海洋浮游植物在调节气候变化中的作用,有一定的参考意义.     

1957-2002年北大西洋海表风速时空分布特征及变化周期研究

利用来自ECMWF的ERA-40海表10 m风场资料,采用EOF、功率谱等分析方法,对北大西洋海域海表风场的时空分布特征、变化周期等进行分析,研究发现：（1）北大西洋海域海表风场EOF分析的第一模态呈同位相分布,由高纬至低纬表现出＂高-低-高-低＂的分布特征;第二模态在空间分布特征上,北大西洋中部海域与东西两岸表现出反位相分布;第三模态的等值线也表现出东北-西南向,东部海域和西部海域表现出反位相分布特征,（2）北大西洋海域的海表风速在近44年期间整体呈显著的逐年线性递增趋势。在1958年至1967年期间,海表风速的变化趋势较为平缓,1968-1974年期间则表现出一波较为强劲的递增趋势,在1975年至2001年期间表现出缓慢的递增趋势。（3）北大西洋海域的海表风速存在明显的2.0~2.36年、3.71年以及26年以上的长周期震荡。     

北大西洋海表风速季节特征及长期变化趋势分析

利用来自欧洲中期天气预报中心（ECMWF——European Centre for Medium-Range Weather Forecasts）的长时间序列、高精度的ERA-40海表10 m风场资料,对北大西洋海域海表风场的季节特征、长期变化趋势进行深入研究,研究发现：（1）北大西洋海域的海表风速等值线在各季均大致呈东西带状分布,且由高纬度向赤道表现出高—低—高—低的分布特征。MAM和SON期间海表风速的分布特征较为相似,大值中心分布于北半球西风带海域;DJF期间的海表风速为全年最大;JJA期间的海表风速为全年最小。加勒比海海域常年存在一风速的相对大值中心。从多年平均来看,风速存在一明显的、范围较广的大值区：西风带海域,加勒比海也存在一范围较小的大风区。（2）1958年至2001年期间,北大西洋海域的海表风速以0.0049 m.s-1.a-1的速度显著性逐年线性递增。（3）北大西洋海表风速的变化趋势表现出较大的区域性差异：呈显著性逐年线性递增的区域主要分布于30°N以下的低纬度海域,变化趋势在0.01～0.025 m.s-1.a-1左右,西班牙东北部近海的递增趋势最为强劲,达到0.035 m.s-1.a-1以上,墨西哥湾和加勒比海则呈显著性逐年线性递减,趋势为-0.015 m.s-1.a-1左右,其余海域的海表风速无显著变化趋势。（4）近44年期间,北大西洋海域的海表风速存在明显的突变现象,突变期为1972年前后。     

奇特的海底激流

海底激流是异常壮观奇特的，它像一场大风暴，急速地挟卷着海底的沉积物、泥沙，奔腾而去。人们根据大多数海底激流的运动规律，掌握了它们固定的时间、速度和方向，进而利用它们。海底激流是深层流，它往往从大洋深处向浅海流，常用于军事。在直布罗陀海峡，大西洋中表层海水从这里流入地中海，而深层海水则从地中海注入大西洋。在第二次世界大战中，法国艇就利用这种海流特点自由地出入直布罗陀海峡。当潜艇进入大西洋时，便潜入浅海中，同时，关闭发动机，让海流将它无声无息地送入地中海，这样便不会被雷达和声呐发现。同样，当它的“海…     

南大西洋至几内亚湾冬季海浪传播特性

为解决南大西洋至几内亚湾海域的海浪组成成分、传播特性及来源这3个该海域一直需要解决的问题，建立SWAN （Simulating WAves Nearshore）双层嵌套海浪模型对南大西洋至几内亚湾冬季海浪时空分布进行模拟分析，结果表明：南大西洋海浪有效波高呈高纬度区（30°S以南）向低纬度区（30°S以北）递减的趋势 ，高纬度区海浪传播方向与风场关系密切，低纬度区则与风场差异明显；南大西洋涌浪波高与混合浪波高分布高度相关，涌浪在混合浪中所占比例较大，尤其在风速较小的低纬度海域更为显著；南大西洋中部至几内亚湾存在相对固定的S-SW涌浪系统，其能量在二维海浪谱上分布集中，空间方向上分布范围较窄；模拟时段内几内亚湾呈明显的涌浪主导状态，通过对有效波高最大时刻的一次涌浪过程溯源发现，影响几内亚湾的涌浪可追溯至约6.5天前南大西洋咆哮西风带海域的强风浪。     

北黄海大鹿岛附近海域海洋牧场本底地质环境分析

为推进北黄海北部特色滩涂型海洋牧场建设,本研究对北黄海大鹿岛附近海域海洋牧场本底地质环境开展调查评估,利用高分辨率声学探测设备获取研究海域的精密水深数据和浅地层剖面数据;利用现场和实验室结合的方法测定海水理化参数;利用筛析法、激光粒度仪测试方法确定沉积物类型和粒度特征,最终通过分析研究区海底地形地貌、海水水质状况和沉积物分布特征对本底地质环境进行评估。结果显示：目标海域测量水深为1-29 m,平均水深为16 m,海底地形整体表现为平缓的近岸缓坡,地貌以水下侵蚀堆积地貌为主;海底浅地层剖面中U1声学地层清晰连续,全区可追踪,厚度约6 m且变化不大;海水水质良好,主要处于Ⅱ类海水水质标准;表层沉积物类型均为砂,沉积物组分变化不大,砂组分占绝对优势,表层沉积物空间分布主要与沉积物物源条件及辽南沿岸流、海域潮流等因素有关。综合分析认为,北黄海大鹿岛附近海域水深适宜,地形较为平坦,水质环境良好,以砂质浅滩沉积为主,适于滩涂型海洋牧场的构建。     

环境之变,步步惊心

 “海洋物种分布的前缘每10年平均向两极移动72km,12倍于每10年平均向极地移动6km的陆地物种,虽然海水表面温度比陆地温度升温速度慢3倍。”     

冬季太平洋海表温度与北半球中纬度大气环流异常的共变模态

根据近50年的全球海洋和大气再分析资料,利用奇异值分解和子波变换分析方法及绕极涡分析途径,揭示了冬季太平洋海表温度（SST）与北半球中纬度大气环流异常共变模态的时空特征．结果表明,冬季太平洋SST与北半球中纬度大气环流异常之间主要表现为两种时空结构显著不同的共变模态,即年际的ENSO模态和准20a时间尺度的年代际北太平洋模态．二者在空间结构上具有明显差异．对于年际ENSO模态,海洋异常表现为典型的ENSO型SST异常分布．其主信号在热带中东太平洋,次信号在北太平洋,两者变化位相相反;大气异常主要为PNA型波列,局限于太平洋一北美地区,具有局域性特征,对于年代际北太平洋模态,SST异常则主要限于中纬度北太平洋地区,表现为北太平洋中西部与北美西岸SST异常呈反相变化;大气异常则表现为整个中纬度西风带上纬向波列分布,具有纬向全球性特征,即不仅与PNA遥相关型联系,而且与太平洋上游的欧亚大气环流异常也有密切关系,当中纬度北太平洋异常冷时,则中纬度大气整个定常槽脊系统加强,反之,则减弱．进一步对大西洋分析表明,年代际北太平洋模态的产生很有可能与“两个海洋与一个大气”的耦合相互作用机制有关．     

海洋水体颗粒有机碳遥感反演研究进展

海水颗粒有机碳(POC)对海洋碳循环以及调节CO_2影响下的全球气候变化具有重要意义.遥感技术是获取海水POC信息的重要方法,POC遥感监测与空间模式已成为海洋领域的热点科学问题.本文全面总结了国内外海洋颗粒有机碳遥感反演算法,包括一类和二类水体的表层和垂向POC浓度遥感反演,以及POC遥感获取方式分类、比较与分析.同时,本文对海洋颗粒有机碳遥感反演进行了展望,提出结合POC表层和垂向分布,建立近岸海域水体POC三维遥感模式.     

青藏高原对全球大气温度和水汽分布的影响

利用耦合的气候模式CESM, 定量研究青藏高原对全球大气温度和水汽分布的影响。通过对比采用真实地形的参考实验(Real)和去掉青藏高原的敏感性实验(NoTibet)发现, 去掉青藏高原会使北半球大气变冷、变干, 对南半球的影响不明显。北半球中高纬度从地表至平流层均有强烈降温, 地表的降温中心在北大西洋, 年平均降温幅度达5ºC, 高空的降温中心在100 hPa的平流层, 年平均降温幅度达2ºC。北大西洋和南亚地区湿度减少, 南大西洋和东非地区湿度增加。北半球变冷主要是海洋向北经向热量输送减少的结果, 一方面增强了北半球的经向温度梯度, 导致Hadley环流增强, 加强了中低纬地区向北的大气热量输送, 部分补偿了海洋向北减少的热量输送, 维持了北半球中低纬度的能量平衡; 另一方面, 使得北半球中高纬度蒸发作用减弱, 大气中水汽含量减少, 北半球变得寒冷干燥。初步的研究表明, 青藏高原对北半球气候有重大影响, 影响范围可达北半球高纬度地区。     

苏格兰1.6公里深海底发现四支新物种

<正>目前,科学家在苏格兰深海域发现四支海洋生物新物种,并称其为"不可思议的发现"。海洋苏格兰勘测队在北大西洋罗科尔海底高地发现一种大型海螺、两种蛤类和一种海生蠕虫,尽管科学家对该海域研究数十年,但这四支新物种却并未被发现,它们生活在苏格兰西北部海岸数百公里远的深海。     

深层海水应用前景诱人

所谓“深层海水”,是指海洋深处的海水。日本近来掀起了一场利用深层海水的热潮。深层海水以营养丰富、温度低(一般在1℃—9℃)、清洁少菌这三个特点而备受注目。