低频海平面变化及其与太平洋气候事件的相关性

全球海平面变化不仅表现为明显的长期性趋势和季节性变化特征,而且还可能具有年际和年代际变化特征.本文联合卫星测高和验潮站观测数据各自具备的优势,重构了1948～2007年间全球平均海平面变化时间序列.基于该序列,计算得到20世纪后半期海平面上升加速度约为0.010±0.009mm/a2,并分析发现海平面变化存在包括年代际在内的多尺度低频振荡,而1993～2003年期间的海平面变化正处在低频振荡的加快上升期.然后利用移去长期性趋势后重构的海平面变化时间序列,分析发现海平面变化低频信号与南方涛动和太平洋年代际振荡指数之间表现了较强的相关性,但在部分时间段内存在一定差异,其原因可能是频发的厄尔尼诺和拉尼娜现象及太平洋年代际振荡短期反相事件共同作用的结果.     

青藏公路沿线多年冻土区活动层动态变化及区域差异特征

利用青藏高原多年冻土区10个活动层观测场建立以来到2010年的监测资料,构建了青藏公路沿线多年冻土区活动层平均厚度的估算模型,分析了多年冻土区活动层近期的动态变化及区域差异特征.结果表明,研究区活动层厚度30年来以1.33cm/a的速率增大,多年冻土上限温度、50cm土壤温度及5cm土壤积温均呈现出升高的趋势.土壤热通量以0.1Wm-2/a的速率增大,为高原多年冻土区活动层厚度增大和温度升高提供了依据.活动层开始融化日期提前,开始冻结日期推后,融化日数增加,速率达1.18d/a.活动层动态变化特征与多年冻土类型、海拔高度、下垫面类型和土壤组分密切相关.低温多年冻土区较高温多年冻土区变化明显、高海拔地区较低海拔地区变化明显、高寒草甸地区较高寒草原地区变化明显,细粒土较粗颗粒土变化明显.     

南海北部珊瑚灰度及其反映的华南降水年代际变化

利用1789～1992年南海北部逐年珊瑚灰度与1908～1992年广州逐年降水资料，采用Mann—Kendall法、奇异谱分析、相关分析、合成分析等方法对南海北部年珊瑚灰度的年代际变化进行了分析，并探讨了用珊瑚灰度重建的广州降水时间序列所反映的华南降水的年代际变化特征．结果表明：南海北部珊瑚灰度变化存在明显的趋势项、权重很大的年代际变化和较弱的年际变化．1880年代末存在显著的由正异常到负异常转变的世纪尺度突变，突变前后对应的全球海温差值场是：南海及其附近的北印度洋、中西太平洋大部、北大西洋沿岸为负异常，这种大范围的海温异常分布是与南海珊瑚灰度世纪尺度突变相伴随的．南海珊瑚灰度与广州降水在年代际尺度上存在显著的负相关，用年代际尺度南海珊瑚灰度资料反演的广州年代际降水表明了华南降水年代际变化具有明显的阶段性．对寻找研究华南年代际以上尺度气候变化的代用指标有一定的意义．     

浙江朱家尖观音湾古木层的发现及其意义

浙江朱家尖观音湾古木层剖面厚达3.3 m,断面长达75m,是全新世全球海平面上升的直接证据.它提供了研究华东沿海岛屿的古文化、全新世古植物群落的生态、环境演变和海平面变化的丰富材料.本文鉴定出古木层中大量的古树茎、植物叶片、果实、种子和孢粉所属的科属,确定古木层所代表的植被类型属于亚热带常绿、落叶阔叶混交林植被;根据14C定年确定古木层埋藏年龄距今约8 500～6 200年;古木的地球化学元素特征显示古木已弱硅化,自下而上硅化程度有减弱的趋势;古木层的产状层序特征及古植物、昆虫的保存状态表明,古木层是在海平面上升水动力条件较弱的海湾环境下近距离搬运埋藏后形成的.     

南海新生代洋壳扩张与深部演化的磁异常记录

系统剖析了近年来南海磁异常方面的研究成果并对相关认识进行讨论.南海磁异常记录了丰富的中生代-新生代构造演化信息,磁异常三维解析信号模准确刻画了南海两侧陆缘中生界的残留展布与新生代晚期岩浆活动,同时清晰揭示了海盆内部不同构造次单元之间的过渡关系及分区特征.对多种地球物理资料的综合分析进一步确定了海陆过渡边界(COB)的位置,认为重力正值区与负值区之间的过渡带基本代表了COB,这对合理认识洋壳扩张引起的磁条带的空间展布范围有重要意义.南海COB的复杂性以及磁异常分区特征要求引入中南转换断裂带以及多期次扩张模式,而在东部和西南次海盆内部,磁条带连续性非常好,没有显示大型转换断裂的存在.通过带通滤波处理突出洋壳磁异常并根据磁倒转年表CK95,在南海北部陆缘鉴别出可能最老的磁异常C12,而南部陆缘的洋壳磁异常模糊并缺失C12,显示出早期扩张中的非对称性,残留洋中脊北侧的扩张速率略大于南侧的扩张速率.C8(M1与M2)磁异常(约26Ma)是南海海盆内部的重要磁边界,可能代表了扩张速率和岩浆活动强度的变化,而前人认为的C7后的扩张轴跃迁的证据并不明显.西南次海盆的扩张时间需要结合高分辨率近海底深拖磁异常观测和大洋钻探来最终确定.磁异常频谱分析表明海盆内部居里点最浅的区域是西南次海盆的东部,而在东部次海盆,残留洋中脊北侧的居里点深度明显小于南侧的居里点深度,这些差异可能都与晚期岩浆活动有关.南海北部海陆过渡区域存在的磁异常相对平稳区域与传统洋壳磁静区的概念不同,可能与居里面变浅及磁性层变薄有关,但综合分析表明更可能是由于较厚的中生界残留所致.采用不同截止波长的低通滤波后的航测和海测磁异常与卫星磁异常之间具有很高的相似性,表明深部(下地壳与上地幔顶部)磁性层对近地表观测的磁异常有贡献,这一认识与居里点深度的反演结果吻合.南海北部磁异常高带在低通滤波后磁异常以及卫星磁异常图中更加突出,表明其主要的磁源体的埋深很大.     

利用卫星重力观测研究近5年中国陆地水量中长空间尺度的变化趋势

重力卫星观测为研究中长空间尺度陆地水量变化趋势提供了崭新的途径. 利用近5年重力卫星GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment)的时变重力场观测数据研究了我国中长空间尺度陆地水储量变化趋势. 结果显示, 我国陆地水量变化趋势幅度较大的主要有5个典型区域: 华北京津冀地区、青藏高原区域、三峡库区、青川甘交界区域以及新疆阿尔金山自然保护区. 前两个区域, 陆地水(冰)储量存在明显的减少趋势. 在华北的京津冀地区, 2003~2007年该区域陆地水量以大约2.4 cm/a的速率下降, 相当于约52亿立方米/年(河北省约45亿立方米/年), 河北省水利局统计近30年来, 该省地下水超采平均达到40亿立方米/年; 由GRACE重力卫星“捕捉”到2003年6月三峡蓄水前后库区周围12万平方公里范围内平均水量变化达到5.0 cm等效水柱高; 此外, 研究结果显示在青、川、甘三省(自治区)交界区域陆地水量具有约1.1 cm/a的增加趋势, 表明该区域气候近几年有逐渐变湿润的趋势.     

喜马拉雅山中段冰川变化及气候暖干化特征

冰川末端位置的重复测量结果表明, 喜马拉雅山中段的冰川过去几十年一直处于退缩状态, 其中珠穆朗玛峰的冰川自1960年代以来平均退缩速度为5.5~8.7 m/a; 希夏邦马蜂的冰川自1980年代以来的平均退缩速度为6.4 m/a, 目前退缩速度进一步加快. 冰芯研究显示, 冰芯积累量在20世纪为波动减少趋势, 但在1960年代急剧减少, 此后一直保持低值. 附近气象站的观测记录表明, 近30年来温度呈缓慢上升趋势, 但夏季温度上升明显, 这说明冰川退缩是降水减少和温度升高共同作用的结果. 如果这种干暖化趋势继续, 冰川退缩势必加剧.     

基于11年高度计资料的南海表层环流时空变化

使用11年较高分辨率卫星高度计资料，应用经验正交函数（EOF）分析，得到南海表层环流的空间模态及其时间演变过程．前3个模态呈现明显的季节变化特征，EOF1模态显示出南海海盆大尺度的闭合环流，峰值和谷值分别出现在11月份和4月份；EOF2描述次海盆尺度同向双涡结构，涡旋中心分别位于吕宋岛西面和中南半岛东南外海，峰值和谷值在7～8月份和1月份：EOF3描述南海西部的中尺度涡结构，它在7-9月迅速发展为一个强的气旋涡．季节变化明显的EOF1和EOF3两个模态也受到年际变化的调节，表明南海表层环流年际变化受E1 Nino和南方涛动（ENSO）事件影响显著，特别是1997／1998年强E1 Nino事件明显改变了南海的常态环流结构．EOF分析也显示，南海西边界有一系列气旋和反气旋相间的中尺度涡，呈现季节内变化和年际变化特征．     

北冰洋西部楚科奇海盆晚第四纪的冰筏碎屑事件

通过北冰洋西部楚科奇海盆M03孔的沉积物颜色旋回、AMS14C测年、有孔虫丰度、冰筏碎屑(Ice-Rafted Detritus, IRD)与北风脊NWR5孔的对比, 建立了M03孔的地层框架, 其347 cm长的沉积物被划分为MIS 7~MIS 1的沉积序列. 其中, 深度16~20 cm之间可能存在长达10~20 ka的沉积间断. 晚第四纪以来, 楚科奇海盆M03孔可以识别出7个IRD事件, 它们分别出现在MIS 1, MIS 3, MIS 5以及MIS 7. 这些IRD主要被大冰块或者冰山所夹带, 通过加拿大北极群岛的麦克卢尔海峡冰流输出到波弗特海, 并被波弗特环流输送至楚科奇海盆. 楚科奇海盆晚第四纪的IRD事件不仅指示了这些粗碎屑沉积物的来源和冰山的输出事件, 而且还反映了波弗特环流和北美冰盖的演变历史.     

皮纳图博火山爆发对20世纪90年代初平流层年代际变冷突变的影响机理

过去研究表明一次火山爆发可以影响季节到年际尺度的气候变化,而本文发现1991年皮纳图博火山爆发可能导致了20世纪90年代初平流层的年代际变冷.采用NCEP/NCAR再分析资料和TOMS/SBUV卫星观测资料,发现了在平流层长期变冷趋势中,热带气温和位势高度在20世纪90年代初年发生了年代际降低突变.进一步分析了平流层热带地区年代际变冷突变的时空分布特征,并探讨了1991年6月皮纳图博火山的爆发与此次平流层变冷的关系.结果表明,皮纳图博火山所喷发的火山灰在平流层通过硝酸盐和硫酸盐对ClO的活化作用造成了平流层臭氧的年代际减少,从而可能导致了臭氧在平流层吸收的热量年代际减少,进而造成此次平流层热带地区的年代际变冷突变.因此,20世纪90年代初平流层年代际变冷突变可能是由皮纳图博火山爆发导致的,这就意味着一次强火山爆发也可能导致平流层的年代际气候变化.     

用FG5绝对重力仪检测青藏高原拉萨点的隆升

用观测精度高达2×10-8 m/s2 (μGal)的FG5绝对重力仪监测了青藏高原的隆起. 1999年与1993年拉萨点的重力观测结果分析表明：6年中重力值减小了12×10-8 m/s2, 证实拉萨在隆升, 且上升速率为10 mm/a.     

皮纳图博火山爆发对20 世纪90 年代初平流层年代际变冷突变的影响机理

过去研究表明一次火山爆发可以影响季节到年际尺度的气候变化, 而本文发现1991年皮纳图博火山爆发可能导致了20 世纪90 年代初平流层的年代际变冷. 采用NCEP/NCAR再分析资料和TOMS/SBUV 卫星观测资料, 发现了在平流层长期变冷趋势中, 热带气温和位势高度在20 世纪90 年代初年发生了年代际降低突变. 进一步分析了平流层热带地区年代际变冷突变的时空分布特征, 并探讨了1991 年6 月皮纳图博火山的爆发与此次平流层变冷的关系. 结果表明, 皮纳图博火山所喷发的火山灰在平流层通过硝酸盐和硫酸盐对ClO的活化作用造成了平流层臭氧的年代际减少, 从而可能导致了臭氧在平流层吸收的热量年代际减少, 进而造成此次平流层热带地区的年代际变冷突变. 因此, 20 世纪90 年代初平流层年代际变冷突变可能是由皮纳图博火山爆发导致的, 这就意味着一次强火山爆发也可能导致平流层的年代际气候变化.     

中国月平均气温可预报性的时空特征及其年代际变化

利用中国1960~2011年资料比较完整的518站逐日气温观测资料,采用非线性局部Lyapunov指数(NLLE)和非线性误差增长理论,定量分析了中国区域月时间尺度平均气温可预报性期限(MTPL)的时空分布和年代际变化特征.分析发现:多年平均的MTPL空间分布存在明显的地域差异,总体来看,东北大部、云南西南部和西北地区东部为可预报性高值区,长江中下游地区及黄淮流域为可预报性低值区;MTPL在各月份的空间分布存在明显的季节变化,总体上表现为冬半年可预报性较低,而夏半年较高;MTPL还具有明显的年代际变化特征,就全国而言,从1970年以来,MTPL具有上升的趋势,在2000年前后出现下降的趋势,尤其是东北地区在1986年之后可预报性显著提高.西北、黄淮、东北MTPL的年代际变化可能与气温的持续性有关.进入21世纪,除南方地区外,大部分地区的MTPL有降低趋势.上述结果为进一步认识我国月尺度气温异常的机理奠定科学基础,并为提高月尺度气温预测能力提供参考.     

青藏高原工程走廊3个监测点多年冻土温度序列重建

连续、长时间序列的多年冻土温度数据在开展气候变化对多年冻土的影响及其生态、水文效应研究中有着重要的科学意义.本文利用西大滩、五道梁、唐古拉3个观测点的实测地温数据首先对多年冻土模型及其参数化方案进行了验证、优化和标校,以实测数据和经过校正的CMIP6逐月5 cm地表土壤温度数据作为模型的驱动数据,模拟了3个观测点1900～2019年多年冻土地温变化,并对1920年以后的模拟温度变化序列进行分析.结果表明:(1)多年冻土模型对处于地温年变化深度以下地温的模拟误差低于0.1°C,表明模型对于多年冻土的热状态具有较好的模拟能力;(2) 1920～2019年西大滩、五道梁、唐古拉各模拟深度的年平均温度均呈现升温趋势,年地温变化(15 m)处的平均升温速率为0.07°C/10 a(0.05～0.09),不同深度岩土层的热状态对气候变化具有不同的响应时间,深层地温对气候变化的响应相较于浅层有20年左右的滞后;(3)多年冻土上限下降速率相差不大,平均为0.6 cm/a;多年冻土下限的上升速率分别为13.4、4.0和4.0 cm/a;多年冻土厚度分别减少13.9、4.6、4.7 m;(4) 3个观测点...     

太平洋年代际海洋变率的信号通道

运用复经验正交函数展开和合成分析方法,研究了太平洋上层海洋抛弃式温探计温度观测资料所提示的北大平洋年代际海洋变率的若干个例及其时空演变特征。研究表明,中纬度海气相互作用的信息可以沿温跃层所在的等密面传到副热带海域。     

白令海海盆区夏季水团分布及其年际变化

利用1999,2003,2008,2010,2012和2014年夏季中国6次北极科学考察在白令海海盆区获取的重复断面水文数据,对白令海海盆区水团分类及时空变化特征进行了分析.结果表明,白令海海盆水体主要由高温低盐的白令海海盆上层水、低温的白令海海盆中层水和高盐的白令海海盆深层水组成.其中,白令海海盆上层水主要位于40 m以浅,经向上自南向北厚度逐渐减小,垂向上与中层水之间存在显著的温跃层,跃层强度年际变化显著;白令海海盆中层水主要位于500 m以浅,受白令海陆坡流的影响,在北部陆坡流区有加深加厚的趋势;海盆中层冷水与陆架冷水团同步变化,根据冷水温度和范围差异,可分为冷年和暖年两种状态,且近十几年大致以6 a为周期交替变化.2014年冷水温度最高且范围急剧减小,是否是新一轮暖年的开始还需进一步论证;白令海海盆深层水位于中层水以下,是海盆区体积最大且最稳定的水体,约占总水体体积的80%以上,深层水的温盐范围年际变化较小,维持在较为稳定的状态.北部陆坡流的影响深度可至1000 m.     

全球变暖的惊人事实

全球变暖是指全球气温升高。近一百多年来，全球平均气温经历了“冷-暖-冷-暖”两次波动，总体为上升趋势。这种气候变暖的主要原因是人类在近一个世纪以来大量使用了矿物燃料，排放了大量的温室气体所致。而全球变暖的后果，则会使全球的降水量重新分配，冰川和冻土消融，海平面上升，既危害自然生态系统的平衡，更威胁人类的食物供应和居住环境。[编者按]     

中国海的极端海浪强度变化及归因分析

海浪作为海洋上主要的动力过程,其极端强度的时空变化正在得到越来越多的关注.为了获得中国海的极端海浪强度的长期时空变化趋势,并研究导致该变化的主要原因,采用欧洲中期天气预报中心最新发布的ERA-5海浪和大气再分析资料,使用Sen斜率估计和Mann-Kendall趋势检测方法,分析中国海的极端海浪强度(此处用有效波高的99.5%百分位数表征)在年际、台风浪和冷空气浪盛行期的历史40 a(1979～2018年)变化趋势.并通过对极端风速以及热带气旋数量和强度的变化趋势分析,研究导致中国海极端海浪变化的原因.分析结果表明,东海南部海域的极端海浪存在十分显著的年际增强趋势,幅度可达+5 cm/a,与其在台风浪盛行期的增强趋势及幅度一致,而极端风速在年际和台风浪盛行期的增强趋势是直接原因.此外,影响东海南部的强台风和超强台风的数量也存在显著增加趋势,这也导致了该海域极端海浪的恶劣程度加剧.同时,南海南部的极端海浪在年际、台风浪和冷空气浪盛行期均存在增强趋势,幅度最大+3 cm/a,而极端风速的增强是直接原因.     

南海次表层水温的季节内变化

通过对地海海季风实验（SCSMEX）期间布设于南海中部的3个ATLAS海洋锚定浮标所观测的资料进行Morlet小波分析,发现南海次表层水温存在显著的季节内,尤其是在冬半年。水温季节内变化主要集中在50－100m深度,振幅变化可以达到1－2℃。造成次表层水温如此大振幅变化的原因,是在海面风应力强迫下温跃层产生的垂直位移所致。这一发现提示出南海上层海洋垂向季节内变化的重要特征。     

台湾海峡西南部表层海流季节变化的地波雷达观测

设置于闽南沿岸的一组国产高频地波雷达的长期观测结果表明, 台湾海峡西南部海域表层海流主要由季风导致的顺岸流季节波动和常年存在的、流速约10 cm/s的东北向背景流所共同组成. 座底ADCP锚碇观测进一步揭示, 在上埃克曼层以深层次顺岸流亦常年向北.