珊瑚共生虫黄藻密度结合卫星遥感分析2007 年南沙群岛珊瑚热白化

以珊瑚大量损失共生虫黄藻为特征的珊瑚白化, 是当今全球变暖背景下珊瑚礁大面积死 亡和退化的主要因素, 但白化的特征、过程和白化后的恢复等则因海域环境不同而有所差异. 依托2007 年6 月的南沙群岛航次, 在美济礁和渚碧礁进行了实地生态调查和采样, 室内分析了珊瑚共生虫黄藻密度、近10 年来南沙海域实测海表温度(SST)和调查期间的NOAA 卫星遥感资料, 探讨了2007 年发生在南沙群岛的珊瑚白化事件. 研究结果显示: (1) 白化的珊瑚主要分布在水深5 m以内, 最大可至20 m, 至少有35 种石珊瑚白化; (2) 珊瑚总白化率(单位面积内白化珊瑚个数占总珊瑚个数的比例) 为15.6%, 发生白化最严重的为枝状杯形珊瑚 (白化率为23%) 和鹿角珊瑚 (白化率为21%), 块状滨珊瑚和蜂巢珊瑚的白化率低, 没有发现菌珊瑚白化, 显示了菌珊瑚对高温有较高的耐受性; (3) 白化了的珊瑚损失了共生虫黄藻72%~90%, 而肉眼观察未白化的珊瑚也损失了31%~53%的虫黄藻, 指示当时南沙群岛的珊瑚正处于白化的初始阶段; (4) 调查期间实测月平均SST 为30.8℃, 为1998 年以来最高, 结合NOAA卫星的热点(Hotspot)和周热度指数(DHW), 认为2007 年6 月南沙群岛异常高SST 是导致美济礁和渚碧礁珊瑚白化的主要原因. 本研究还发现, 单纯用卫星遥感预警珊瑚白化事件可能会存在低估的现象.     

南海北部珊瑚共生虫黄藻密度的种间与空间差异及其对珊瑚礁白化的影响

与造礁石珊瑚共生的虫黄藻(Zooxanthellae)的密度和色素变化是珊瑚礁白化的最主要特征.通过对海南三亚鹿回头、小东海和广东省大亚湾海区共12科21属39种石珊瑚的共生体虫黄藻密度分析,得出:(ⅰ)与珊瑚共生的虫黄藻平均密度变化于0.67×106~8.48×106cells/cm2之间,具有明显的种间差异性,其中枝状珊瑚的共生体虫黄藻密度相对较低(0.67×106~2.47×106cells/cm2),而块状珊瑚的共生体虫黄藻密度相对较高(1.00×106~8.48×106cells/cm2);(ⅱ)水深4m以内珊瑚共生虫黄藻密度普遍比水深7m左右接近海底的珊瑚的高;(ⅲ)相对高纬度的大亚湾(~22°N)与三亚(~18°N)相比,海温相同的环境下,与珊瑚共生的虫黄藻密度的纬度差异不明显;(ⅳ)局部白化的同一珊瑚个体,未白化部分的虫黄藻密度>半白化部分>完全白化部分.进一步分析认为:(ⅰ)块状珊瑚与枝状珊瑚虫黄藻密度的差异性可能是导致枝状珊瑚易于白化的主要原因,如低密度共生虫黄藻导致枝状的鹿角、杯形珊瑚等易于白化死亡;(ⅱ)珊瑚共生体虫黄藻密度受人为因素制约,如沉积物增加、潜水活动造成海水浑浊、海产品养殖活动引起的硝酸盐、磷酸盐增加等都可能导致共生虫黄藻密度降低.     

南塔斯曼海800 ka以来的海水表层温度与亚热带锋迁移历史

南半球中纬度西风带的迁移控制着南大洋深层水通风, 从而驱动大气CO₂浓度的变化和全球气候变化. 作为西风带直接控制的锋面, 亚热带锋面(STF)的移动反映了西风带的迁移. 通过南塔斯曼海西部ODP1170站位高分辨率的底栖有孔虫氧同位素(δ¹⁸OB)地层和海水表层温度(SST), 及其他站位温度记录和南极冰芯中古气候参数的综合研究, 重建了800 ka以来STF的迁移历史, 以及其与南大洋通风性、冰盖体积大小和大气CO₂浓度之间的关系. 南塔斯曼海域800 ka以来的SST平均值为10.2℃, 低于该海域现代年均SST(12℃). 但MIS 1的平均SST最高, 达到11.6℃, 而MIS 4的平均SST最低, 为7.8℃. 最高SST出现在MIS 5, 为14.7℃; 最低的SST出现在MIS 2, 为6.2℃. 在冰期-间冰期旋回中, STF相对于其现代的位置, 向南或北迁移超过3个纬度. 在最暖的MIS 5, STF可能向南迁移到49°S以南; 在最冷的MIS 2, STF可能向北迁移到43°S以北. 在轨道周期上, 西风带的迁移领先于冰盖体积大小变化, 但与南极大气温度同步变化. 当太阳辐射同时影响南极大气和南大洋表层海水温度时, 南大洋SST变化导致STF和西风带迁移. 而STF和西风带的迁移又控制南大洋环流和深层水通风, 从而驱动大气CO₂浓度变化. 冰盖体积变化只是大气CO₂浓度变化的积极反馈, 而不是独立的驱动力.     

末次冰消期南海南部的普林虫低值事件

通过对中法合作“马可•波罗”航次在南海南部陆坡采集的MD 05-2894柱状样(7°2.25′N, 111°33.11′E, 水深1982 m)进行浮游有孔虫定量分析, 结果表明, 末次冰消期距今16.0~14.9 cal ka BP之间, 浮游有孔虫Pulleniatina obliquiloculata(斜室普林虫)的丰度急剧降低至几乎为零. 这次普林虫低值事件在南海南部普遍存在, 发生时间介于17.0~14.8 cal ka BP之间, 可以作为地层划分对比的良好标志. 对浮游有孔虫表层种Globigerinoides和次表层种P.obliquiloculat的壳体进行Mg/Ca比值分析, 再造表层和次表层海水的温度, 进一步揭示末次冰消期普林虫低值事件时, 表层海水的温度变化不大, 而次表层海水的温度明显下降~2℃, 使得温跃层深度随之变浅. 这次普林虫低值事件在时间上相当于H1的气候变冷事件, 反映了南海南部热带海区上部水体垂向结构的巨大变化, 为研究末次冰消期变暖过程中的快速气候变化提供了重要依据.     

暖温带森林功能发育过程中的物种扩散和生态位分化

群落构建的驱动力(随机过程与确定性过程)对群落构建的作用受森林功能发育过程的影响,但鲜有研究探讨两者随群落功能发育过程发生的特点.次生林功能发育阶段多样,具有检测发育过程中群落构建驱动力变化的优势.本研究利用20 hm2暖温带次生林样地基础调查数据检测了局域尺度上暖温带森林功能发育过程中群落物种扩散与生态位过程的发生特点,区分了2类过程对群落多样性构建的相对贡献.结果显示,局域尺度上功能发育过程显著影响物种扩散与生态位过程,对生态位分化过程的影响速率要快于物种扩散.在森林功能发育过程中,生态位分化表现为稳定下降,而物种扩散则为前期不变,后期稳定下降.群落功能发育尺度上的物种扩散伴随了冠层稳定的骨架结构及分离的垂直结构,提高了垂直分布上群落物种组成的匀质性,有利于物种共存.局域尺度上,物种扩散与生态位分化过程的交互效应是群落构建的主要动力,物种扩散作用要强于生态位分化过程.本研究暗示除了空间因子等的被动调节,中性与生态位过程对群落构建的相对贡献也受群落功能发育阶段的影响,群落构建驱动力受群落自身功能的调节.     

雷州半岛中晚全新世造礁珊瑚Sr/Ca比值的

通过分析两个取自雷州半岛南部的全新世珊瑚的高分辨率Sr/Ca比值, 重建了这两个历史时期(公元489~500年和公元前539~530年)月平均分辨率的表层海水温度记录. 结果显示, 公元前539~530年时段表层海水温度(SST)与现代基本相同, 代表相对温暖的气候; 而公元489~500年时段10年平均的冬、夏季SST与现代器测记录相比分别低2.9和1℃, 年均温度低2℃左右, 代表相对寒冷的气候. 这些珊瑚记录的气候特征与中国其他地区根据物候及历史记录获得的气候记录相吻合.     

雷州半岛中晚全新世造礁珊瑚Sr/Ca比值的表层海水温度记录

通过分析两个取自雷州半岛南部的全新世珊瑚的高分辨率Sr/Ca比值,重建了这两个历史时期(公元489～500年和公元前539～530年)月平均分辨率的表层海水温度记录.结果显示,公元前539～530年时段表层海水温度(SST)与现代基本相同,代表相对温暖的气候;而公元489～500年时段10年平均的冬、夏季SST与现代器测记录相比分别低2.9和l℃,年均温度低2℃左右,代表相对寒冷的气候.这些珊瑚记录的气候特征与中国其他地区根据物候及历史记录获得的气候记录相吻合.     

东海海底观测小衢山试验站

海底观测系统是海洋科学从“考察”转向“观测”的重要设施. 最近在杭州湾口外的东海内陆架(30°31′44″N, 122°15′12″E~30°31′34″N, 122°14′40″E)建成东海海底联网观测小衢山试验站. 该试验站包括双层铠装海底光电复合缆, 联接具有不同型号的水密接插头、实现能源自动供给和通信传输的基站特种接驳盒, 并在基站防拖网与仪器安装架上安装3 种海洋观测仪器; 光电复合缆通过海洋平台登陆, 由台上的太阳能蓄电池实施不间断的能源供应; 现场海洋观测数据通过光电复合缆传输到平台后经CDMA 无线网络实时发送到实验室服务器上.试验系统已于2009 年4 月开始正常运行, 在本文中将例举部分数据在近底边界层动力过程和海平面高度异常研究方面的初步应用, 分析了底应力在不同时间尺度上的变化规律以及2010年智利大地震引发的海啸对东海近岸的影响. 试验站的建成是我国海底观测网建设迈出的第一步, 不仅积累了经验, 而且一年多来的连续观测资料表明海底观测具有重要的科学价值.     

外围全氟取代的1, 3, 5-三苯乙烯基苯: 真空沉积膜的表面形貌与疏水性能

报道了全反式-1, 3, 5-三(2′, 3′, 4′, 5′, 6′-五氟苯乙烯基)-苯(TPFSB)的合成及其真空沉积膜的性能. 原子力显微镜(AFM)观测发现, 真空沉积在石英衬底上的TPFSB薄膜的表面形貌依赖于薄膜厚度, 厚度小于30 nm时, 薄膜呈现孤岛状生长模式; 当厚度大于30 nm时, 衬底表面大部分被覆盖, 表面形貌呈现微纳米镶嵌的等级结构. 当薄膜厚度从40 nm增大到100 nm, 衬底温度从30℃升高到70℃时, 这种等级结构保持不变, 表现出良好的形态稳定性. 在50 nm厚的薄膜表面, 10 mg水滴的接触角为149°, 证明薄膜具有优良的疏水性能.     

2008年夏季南海北部浮游藻类生物量和群落组成特征及其影响因素:生物标记物研究

利用海水悬浮颗粒物中的藻类标志物分子,探讨了以生物标志物为基础的海洋生物群落和生物量的变化特征及其影响因素.研究表明,2008年夏季南海北部典型海域浮游植物生物标志物真实地反映了该海域现代浮游植物群落生物量的变化和更替规律.受南海不同水文状况等因素的影响和制约,表现为典型的区域分布特征:高丰度的浮游植物主要出现在珠江口海域、台湾岛西南岸外、海南岛东南附近海域;而海盆和海峡海域的含量相对较低.硅藻在整个研究海域的生物量占绝对优势,其次为甲藻,但随着离岸距离的增加,颗石藻的生物量和相对比例逐渐增多.本文研究显示脂类标志物分子真实地记录了调研季节南海浮游藻类的生物量和群落组成变化特征及其与海洋水文特征的关联,该研究不仅为脂类分子的现代海洋生态及结构变化应用提供基础,更将为古海洋群落结构的真实重建提供重要的科学依据.     

中国南沙群岛滨珊瑚δ18O的高分辨率气候记录

利用海温和气温计重建了南沙群岛永暑礁海区近50年和季分辨率的温度变化,将南沙群岛永暑礁器测的气候资料延长了40年.发现珊瑚δ¹⁸O与气温之间存在气温升高1℃, δ¹⁸O降低0.24%的对应关系.     

中国奥陶纪生物礁的类型和造礁生物群的演替

低纬度的华南、塔里木、华北三大陆表海的大部分区域在奥陶纪长期维持海水覆盖状态,在远岸区形成了大规模碳酸盐岩台地和不同时空背景下的各类生物礁.古生代动物群辐射演化背景下,重要造礁生物门类的起源和在特定海区繁盛的时差是决定礁群落基本生态结构的历史因素,早奥陶世早期的藻礁、早奥陶世晚期至中奥陶世早期的Calathium-硬海绵-藻礁、苔藓虫礁、晚奥陶世早期的珊瑚-层孔虫-藻礁可诠释为幕式群落演替,这或许是古生代演化动物群起源及早期演化并逐渐取代寒武纪演化动物群的几个阶段,特别是后者(珊瑚-层孔虫-藻礁)代表了古生代演化动物群中典型格架礁群落,奠定了之后近100Ma动物格架礁最常见的生态组合方式,呈现出礁群落结构由简单到复杂的宏演化脉络.中国的实例基本吻合于全球奥陶纪生物礁宏演化趋势,特殊之处表现为:(1)湘西张家界特马豆克早期南津关组和塔里木巴楚达瑞威尔期一间房组的Calathium-藻礁分别定位成此类生物礁的先驱和孑遗;(2)中扬子区特马豆克晚期分乡组苔藓虫礁为当时独有的类型;(3)早期的珊瑚-层孔虫-藻礁分布特别局限;(4)奥陶纪末冈瓦纳冰川初期扬子区西缘的藻礁是极端环境造礁的实例.     

上新世中期海洋表面温度变化及其与古气候重建数据对比

上新世中期, 过去约3.29~2.97 Ma 之间, 是地质历史上距今最近的一个持续性暖期. 它与模式预测的21 世纪末地球系统最有可能达到的气候态具有一定的可比性. 因此, 研究 该时期气候变化对于理解全球变暖背景下的气候变化趋势具有重要的参考作用. 采用最新 的PRISM3 重建数据集, 利用FOAM 耦合模式开展了上新世中期的全球气候模拟, 并对上 新世中期次极地北大西洋剧烈增暖和“永久的El Niño”两个热点问题进行了讨论. 模拟结果 表明: 与工业革命前相比, 上新世中期年平均海洋表面温度(SST)升高了2.3℃, 中高纬度海 洋的增温幅度大于低纬度海洋, 赤道太平洋SST 东西梯度减小以及大西洋经向翻转环流减 弱. 在SST 变化的空间格局上, 模拟结果与重建结果基本一致. FOAM 也能较好地模拟出北 大西洋、北太平洋以及南美西海岸的显著增暖, 但模拟的次极地北大西洋和赤道太平洋 SST 的变化与重建数据仍有差别. 上述重建与模拟的差异是由古气候数据重建的不确定性、 上新世中期模拟的困难以及模式本身的不完善共同造成的.     

未来物种对北极的入侵

当前气候变暖的趋势正对世界各地动植物的生活造成严重后果.温带和热带物种在极地地区不断扩张,而低温物种则在纬度上不断后退收缩,而更为引人关注的大洋间的入侵将跟着在北极发生.     

东亚季风区植被变化对局地气候的短期影响

利用CCSM(Community Climate System Model)模式3.5版本,研究了东亚季风区森林覆盖度增加对局地气候的短期影响.模拟结果显示森林覆盖度增加后,全年平均气温降低0.93℃,其中夏季降低1.46℃,冬季降低0.40℃,有利于缓解全球变暖在该地区的影响.森林覆盖度增加后,全年平均降水增加,其中4月份降水增加最显著,达到7%.森林覆盖度增加后植被的蒸散作用增加是导致该地区降温的主要原因.夏季比冬季降温明显主要是由于夏季蒸散比冬季大.蒸散增大的同时也导致了大气中水汽含量增加,再加上森林覆盖度增加引起地表粗糙度增加,从而形成气旋式辐合及异常的垂直上升运动,导致降水增加.此外,森林覆盖度增加也使地表反照率降低,造成地表反射短波辐射明显减少.     

中国冬季降水和极端降水对变暖的响应

本文主要研究了中国近50年来冬季(12～2月)降水和极端降水在年代际尺度上对区域尺度增暖的响应. 结果发现, 随着中国区域冬季温度的升高, 中国区域的冬季降水和极端降水均呈现出一致的增加趋势. 而且伴随着气温在20世纪80年代中期的突变, 降水和极端降水也都在同时发生突变. 定量分析结果显示, 中国区域冬季气温每增加1℃, 降水和极端降水的增加百分率分别达到9.7%和22.6%. 该增加幅度, 明显高于全球平均水平, 说明中国区域冬季降水和极端降水对变暖的响应更加敏感, 也进一步凸现了开展降水对增暖的区域响应研究的重要性. 此外, 极端降水的增幅高于非极端降水的增幅, 说明随着全球变暖中国区域冬季降水将更多以极端降水的形式出现, 这可能是近期中国多个地区冬季屡屡出现破纪录降雪事件的一个重要原因.     

典型陆地生态系统对气候变化响应的定量研究

森林、农田和草地生态系统对气候变化响应定量研究进展的综合分析表明:近一个世纪以来的森林、农田和草地生态系统对气候变化有很强的响应,诸多生态系统类型的组成、结构和分布已发生了显著变化;由于病虫害、极端气候频发,植物物种的死亡率增加、生产力出现下降趋势;典型陆地生态系统对气候响应的未来情景分析结果表明,高海拔地区和高纬度地区的生态系统类型的结构、分布、物种和生产力将发生较大变化;然而,由于生物群落的相互作用,各种生态系统对气候变化的响应很复杂,目前人类对典型陆地生态系统变化的认识仍然处在很初级的阶段.尤其是在气候变化对植物物种的影响、干旱和极端事件的后果以及病虫害的影响等方面,还没有明确的结论;根据目前的研究积累,还无法给出气候变化对典型陆地生态系统影响的综合定量评估,需要改进区域气候模拟,尤其是降雨量的模拟,需要提高植物物种对气候、病虫害和大气成分响应的认识.以典型陆地生态系统对全球气候变化响应机理研究成果为基础、集成空间对地观测数据和地面实测数据的多尺度生态系统动态模拟分析平台,到目前为止,仍是亟待填补的空白.     

典型陆地生态系统对气候变化响应的定量研究简

森林、农田和草地生态系统对气候变化响应定量研究进展的综合分析表明：近一个世纪以来的森林、农田和草地生态系统对气候变化有很强的响应,诸多生态系统类型的组成、结构和分布已发生了显著变化;由于病虫害、极端气候频发,植物物种的死亡率增加、生产力出现下降趋势;典型陆地生态系统对气候响应的未来情景分析结果表明,高海拔地区和高纬度地区的生态系统类型的结构、分布、物种和生产力将发生较大变化;然而,由于生物群落的相互作用,各种生态系统对气候变化的响应很复杂,目前人类对典型陆地生态系统变化的认识仍然处在很初级的阶段. 尤其是在气候变化对植物物种的影响、干旱和极端事件的后果以及病虫害的影响等方面,还没有明确的结论;根据目前的研究积累,还无法给出气候变化对典型陆地生态系统影响的综合定量评估,需要改进区域气候模拟,尤其是降雨量的模拟,需要提高植物物种对气候、病虫害和大气成分响应的认识. 以典型陆地生态系统对全球气候变化响应机理研究成果为基础、集成空间对地观测数据和地面实测数据的多尺度生态系统动态模拟分析平台,到目前为止,仍是亟待填补的空白.     

西南极阿德雷岛企鹅种群动态(1980～2012年)和粪土地层记录(1916～2001年)及其对ENSO的响应

<正>ENSO(El Nio-Southern Oscilla-tion)是年际气候变化的最强信号.随着全球变暖,厄尔尼诺(El Nio)现象增多,引起广泛关注.目前对ENSO的研究正在进行,人们普遍认为,全球变暖与ENSO之间存在某种必然联系.近30年来,南极半岛气温升高尤为突出,对该区域海洋生态系统造成显著影响.企鹅生态学年际变化及其栖息地粪土有机生物地球化学记录,是研究南极半岛海洋生态系统与极端环境气候关系的桥梁.研究其与ENSO的关系对于深入了解南极海洋生态系统     

中国地区1~3℃变暖的集合预估分析

有关气候变化的生物地球化学影响、关键脆弱性和风险性评估研究表明, 如果年平均地表气温在现有的水平上继续升高1℃, 2℃和3℃, 那么由于人类活动而引发的全球气候变化将会对极端天气和气候事件、粮食产量、淡水资源、生物多样性、人口死亡率等产生不同程度的重要影响. 为此, 基于17个气候模式在20世纪气候模拟试验和SRES B1, A1B和A2温室气体和气溶胶排放情景下的数值模拟结果, 通过多模式集合方法评估了以上3个变暖值在中国的时空分布特征. 结果表明: 中国年平均地表气温的上升速度存在着很大的地域差别, 低(高)排放情景下各变暖值出现的时间相对较晚(早), 低(高)变暖值的发生时间在各排放情景之间差别相对较小(大); 就地域分布而言, 各变暖值在中国北方和青藏高原地区出现的时间要明显早于江淮流域及其以南地区.