末次盛冰期东亚气候的模拟和诊断初探

采用“国际球古气候模拟对比计划”对２１ｋｂＢＰ的边界的共同设置,包括地球轨道控制下太阳辐射变化、北半球第四纪冰盖、海洋表面温度（ＳＳＴ）和大气ＣＯ２浓度,并尝试采用东亚地区２１ｋａ海陆界面和植被状况进行古气候模拟,报道所运行的全球大气环流模型对２１ｋａ的模拟结果,与地质资料的对比表明,该气候模拟与东亚气侯空间格局基本一致,植被敏感性试验反映２１ｋａ植被改变对地面温度和降水均有较大作用,特别是青藏高     

理想海底地形的南海海洋经向翻转数值模拟

利用一个z坐标刚盖近似海洋环流模式, 分别在吕宋-台湾以东的闭边界和开边界两种情况下, 模拟了理想海底地形(1000 m平底)南海冬季和夏季上层环流的经向翻转(meridional overturning), 目的是为了分析黑潮入侵南海的可能影响范围及其对南海上层环流经向翻转的改变, 并比较这种影响的季节性差异. 模式采用气候平均的海面风场驱动, 热盐强迫采用基于向Levitus气候海面温度和盐度张弛的边界条件. 从模拟结果来看, 黑潮影响南海上层经向翻转的范围可达到10°N左右, 从而驱动南海上层海洋形成一个不闭合的经向翻转. 在冬季(1月份), 海水从大约400 ~ 500 m深处自北向南输送, 并且逐步上升, 在表层返回北部; 在夏季(6月份), 也有类似的情形, 海水从大约150 ~ 200 m深处自北向南输送, 并且逐步上升, 在表层返回北部. 该经向翻转描述了南海中、上层水的运动路径, 为研究南海风生-热盐环流动力学提供了理想化的参考依据.     

南海南部末次冰期浊流沉积的高分辨率沉积学和地球化学研究

通过对南海南部巽他陆坡底部MD05-2895孔末次冰期发育的浊流沉积物进行激光粒度和XRF岩芯元素扫描分析, 试图揭示其沉积学和地球化学特性, 进而对理解浊流形成过程提供帮助. 研究结果显示, 浊流沉积层中的碎屑颗粒粒径比正常深海沉积物有大幅度增加, 在地球化学成分上表现为Si, K, Ti, Fe 等元素异常富集, 表明浊流发生时有大量粗颗粒陆源碎屑物质输入. 显微观察发现, 这些粗颗粒碎屑物质主要由石英、长石、火山玻璃、以及少量含铁含钛重矿物组成, 推断应来源于巽他陆架上部的残留沉积, 可能与末次冰期时古巽他河输送的陆源物质有关. 分析认为这些浊流活动的发生可能与末次冰期时海平面快速变化造成的海岸线大幅移动及沉积物供给不稳定有关, 而在单次浊流活动中浊流沉积物的形成主要是受重力(对不同比重、粒级颗粒的)分选的控制.     

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．     

腾格里沙漠东北缘末次冰期冰楔的首次发现及其意义

在众多的古冰缘现象研究中,冰楔假形(ice-wedge casts)因具有定量的古环境意义而倍受人们注意.自1957年裴文中在哈尔滨首次发现晚更新世古冰缘现象以来,在我国中纬度地带的华北地区、鄂尔多斯高原,以及西北地区发现了许多寒冷气候作用的冰楔假形证据.但是,迄今为止尚未见有在地处我国东西部过渡地区的腾格里沙漠发育冰楔假形的报道.近两年,我们在贺兰山地区考察时,发现了末次冰期发育的冰楔假形(图1),现报道于后.     

末次冰期以来南海北部孢粉记录的植被演化及千年尺度气候事件

对南海北部大洋钻探ODP1144站(20°3.18′N, 117°25.14′E, 水深 2037 m)上部(0~31 m, 27~0 kaBP)共 180个孢粉样品进行了分析研究, 时间分辨率为150年/样. 孢粉谱的主要特征是全新世时松属花粉占优势, 末次冰期时草本植物花粉占优势, 但仍然有一定数量的热带亚热带植物花粉; 18kaBP前后热带亚热带植物花粉沉积率开始升高, 草本植物沉积率以及百分含量都开始迅速降低, 意味着此时气候开始变暖变湿润, 导致大陆甚至出露的大陆架上开始生长更多的热带亚热带植被以及温带植被, 而原来大陆架上广为发育的草地范围相应缩小, 表明冰期时南海北部出露的大陆架上除了占优势的草地, 仍然可能生长热带亚热带以及温带落叶植被. 这也进一步深化了我们之前对冰期时南海北部出露的大陆架上生长的植被的认识. 详细的对比表明, 孢粉组合的变化要早于氧同位素记录指示的海平面的变化, 表明中低纬度地区气候变暖早于高纬度极地冰盖的后退. 还讨论了孢粉组合反映的植被变化所记录的千年尺度的气候事件.     

南海西部45万年来的表层水温变化

应用分子化石长链烯酮的不饱和度, 在南海西部取得了45万年以来表层水温的变化记录, 分辨率约1 ka, 是南海迄今为止时间最长的高分辨率温度剖面. 结果表明U3k′7-SST与有孔虫氧同位素一样显示出冰期旋回的特征, 冰期、间冰期表层水温的变化范围分别为23~25.5℃和25~28℃, 最高温为MIS5.5时期的28.4℃, 最低温为MIS2时期的22.6℃. 5次冰期旋回转换期中温度变化都超前于有孔虫氧同位素, 与南北半球温度变化记录对比显示南海的温度变化模式与南半球相似. 频谱分析中强烈的岁差及半岁差周期显示了明显的热带区域特征.     

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.     

1998年春夏南海低空急流形成机制研究

利用“南海季风试验”提供的同化资料, 分析了1998年春、夏季发生在南海上空低空急流形成机制, 其中重点分析了1998年6月8~10日珠江三角洲暴雨过程中的低空急流过程, 并用MM5中尺度模式进行了数值模拟. 结果表明, 在低空急流形成过程中, 动能向上输送, 造成南海低空急流从对流层低层向高层发展. 其形成过程可以概括为: 在华南西部的天气尺度低压向东移动和西太平洋的一个高压扰动向西移动过程中, 二者的共同作用使南海地区上空对流层低层的气压梯度力加强, 由于气压梯度力作功提供了低空急流形成所需要的动能, 导致南海上空低空急流在这两个系统之间形成. 由于南海季风加强往往以低空急流的形式表现出来, 因此南海低空急流的形成机制也可以解释南海季风加强.     

末次冰期极盛期陕西关中地区古气候古环境演变的生物记录

在陕西关中西安与咸阳地区间的河流阶地沉积剖面中采集到一批古菱齿象－披毛犀化石,在研究化石标本的基础上,作了＾１４Ｃ年代测定及孢粉分析,研究结果揭示了该区末次冰期极盛期的气候环境特征及其演变过程;大约在距今２０ｋａ时,气候温凉偏湿,适于古菱齿象－披毛犀动物群的生存,稍后气候明显变干,变冷,许多动物难于适应而大量死亡。事实说明,末次冰期极盛期似乎存在气候环境的冷干、凉湿颤动。其间的凉湿阶段似反映了北半     

ECOMSED模式及其在海洋数值模拟方面的应用

文章主要介绍了ECOMSED模式的发展、功能等.ECOMSED模式是一个具有发展前景的水动力和沉积物输移模型,能较好地拟合岸线和较为方便地处理浅海变化的海底地形,在海洋数值模拟方面得到了广泛应用.     

南海表层沉积中有孔虫壳体的碳同位素研究及其意义

对南海40个站位表层沉积中112个有孔虫样品的稳定同位素分析结果表明, δ¹³C值和不同属种间的同位素差值在东北和南部存在的两个低值区, 与研究区及周边的营养分布格局相关, 可能反映东北季风和西南季风对南海水流以及海水化学成分的影响. 季风一方面为南海上层水体带来丰富的营养, 另一方面也减少了上下水层之间的差异. 这种影响在南北两端最为明显, 向中部逐渐减弱. 碳同位素在南海表层沉积中的分布格局是东亚季风的反映.     

ECOMSED模式及其在海洋数值模拟方面的应用

文章主要介绍了ECOMSED模式的发展、功能等。ECOMSED模式是一个具有发展前景的水动力和沉积物输移模型,能较好地拟合岸线和较为方便地处理浅海变化的海底地形,在海洋数值模拟方面得到了广泛应用。     

基于8个准全球模式模拟的南海深层与底层环流特征分析

初步分析了8个准全球高分辨率海洋模式模拟的南海深层和底层环流,总结了模式中南海深层与底层环流的基本特征.温盐误差分析显示深层温度相对偏差一致偏负,而盐度偏差大部分模式基都是为正偏差,表明深层偏冷偏咸.温度的偏差幅度要大于盐度,且温盐在深层存在趋势.吕宋海峡深层1500m以深水交换各模式平均为0.36Sv,与观测相比偏弱.同化过的模式和一个未同化的模式(OCCAM)都显示,吕宋深层水交换在春季达到最小,而在冬季达到最大.大多数模式2400m以深垂直积分流函数显示南海深层在大尺度上为气旋式环流,但流函数的分布与由气候态温盐数据集(GDEMv3)诊断出来的流函数相比存在较大的差异.南海1000m以浅经向翻转结构比较类似,但1500m以深的经向翻转结构空间分布和强度大小存在较大的差异.而2400m以深的经向翻转与气候态温盐数据集(GDEMv3)诊断出来的经向翻转相比偏弱,这表明着模式中深层水垂直混合过程偏弱.在上述分析基础上,详细探讨了初始温盐场、地形、垂向混合方案对南海深海环流的影响,对今后专门构建适合南海深海环流研究的模式提供了必要的参考.     

青藏高原东北部土壤冻融过程的数值模拟

利用青海省苏里站2009 年2 月1 日~12 月31 日的气象观测资料作为模式强迫场, 使用陆面过程模式CLM3.0(Community Land Model), 对青藏高原东北部季节性冻土区域进行模拟.结果表明, 模式能够较好地模拟出各层土壤的冻融变化趋势, 但在融化阶段, 模拟的土壤温度高于观测, 融化结束时间早于观测; 冻结阶段, 模拟的土壤温度略低于观测, 深层土壤冻结时间早于观测; 整体看来, 模式对冻结过程的模拟好于对融化过程的模拟, 对靠近表层的土壤模拟好于深层. CLM3.0 模式中认为冻土在土壤温度高于0℃时发生融化, 本文根据热力学平衡方程得到土壤发生冻融的临界温度, 进而对冻土的融化条件进行调整, 融化条件的调整减缓了冻土的融化速率, 使得土壤温度模拟降低, 同时, 调整后的模式模拟结果反映了冻土融化过程中伴随有冻结过程的发生, 与真实的冻土融化过程更为接近. 此外, 通过敏感性试验发现, 融化过程和冻结过程中土壤水的冻结速率是不同的, 表明模式中用于计算土壤发生相变后温度的方案还有待进一步改进.     

金属材料疲劳性能的数值模拟

金属广泛地用于生产生活中,所以金属的疲劳也渐渐被人们关注.采用有限元软件(Fatigue)对金属材料在不同轴向栽荷条件下进行疲劳性能模拟并进行了分析,分析表明,交变应力的应力幅值一定时,疲劳寿命随着平均应力的增大而减小,且拉应力更容易产生疲劳破坏;在交变载荷平均应力一定的情况下,随着应力幅值的增加,疲劳寿命逐渐减小.     

天山乌鲁木齐河源1号冰川变化的数值模拟及其对气候变化的响应分析

冰川变化的数值模拟及其预测是冰冻圈科学的前沿方向.本文介绍了对山地冰川进行数值模拟的原理和方法,并以天山乌鲁木齐河源1号冰川(以下简称1号冰川)为研究对象,通过数值求解二维的冰川流动方程,对1号冰川的流场进行了模拟.同时通过线性分析构建了一个未来升温情景:2010～2070年1号冰川地区升温速率为0.17℃/10a,而降水量保持不变.在此气候情景下,从冰川变化的物理过程,预测了2010～2070年期间1号冰川的变化趋势,结果表明在2040年以前,冰川末端退缩比较缓慢,但消融区厚度减薄较快.2040年以后,冰川末端退缩加剧,最终于2070年左右退缩为冰斗.从冰川流动原理证明在全球变暖背景下,山地冰川退缩将会越来越剧烈.     

金属材料疲劳性能的数值模拟

金属广泛地用于生产生活中,所以金属的疲劳也渐渐被人们关注。采用有限元软件(Fatigue)对金属材料在不同轴向载荷条件下进行疲劳性能模拟并进行了分析,分析表明,交变应力的应力幅值一定时,疲劳寿命随着平均应力的增大而减小,且拉应力更容易产生疲劳破坏;在交变载荷平均应力一定的情况下,随着应力幅值的增加,疲劳寿命逐渐减小。