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2012-2016年太平洋上空“射线状”云的特征分析

海洋气象学报 2025年第2期45卷 62-75页

作者：王茹茵艾嘉本陆长远王政寓陈浩涵孙维康傅刚中国海洋大学海洋与大气学院山东青岛266100 中国海洋大学物理海洋教育部重点实验室山东青岛266100 青岛海洋科技中心海洋动力过程与气候功能实验室山东青岛266237

利用美国国家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration,NASA)提供的Aqua和Terra卫星可见光云图和地球静止环境卫星(Geostationary Operational Environmental Satellites,GOES)红外卫星云图、欧洲中期天气预报中心提供的ERA5再分析数据(时间间隔为1 h,水平分辨率为0.25°×0.25°),对2012—2016年发生在太平洋上空439个“射线状”云的特征进行分析。结果表明,“射线状”云多呈近似圆形或椭圆形,有明显的云系中心和清晰的辐射状径向云臂,云臂通常自云系中心向四周发散,形状如古代车轮。统计分析指出,约85%的“射线状”云个例发生在南半球,其中绝大多数“射线状”云发生在东南太平洋的秘鲁沿岸。全年皆有“射线状”云发生,6、7、8月为“射线状”云高频发生月份,5、9、10月为中频发生月份,1、2、3、4、11、12月为低频发生月份。大气逆温层对“射线状”云有重要影响,云系内部以上升运动为主,部分“射线状”云个例呈旋转形态,上升与下沉运动会影响云系结构。

关键词： “射线状”云太平洋上空时空分布统计分析大气逆温层

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冰期旋回中热带西太平洋碳源汇过程、机理与效应

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科学通报 2024年第13期69卷 1742-1758页

作者：李铁刚熊志方秦秉斌贾奇郭景腾自然资源部第一海洋研究所海洋地质与成矿作用重点实验室青岛266061 崂山实验室海洋地质过程与环境功能实验室青岛266237

冰期旋回是第四纪地球气候变化最显著的特征,热带西太平洋通过水文循环控制全球气候演化,这是“气候演变低纬驱动”理论的核心内容.由于现代热带西太平洋CO_(2)总体上处于海-气平衡,因此基于“将今论古”的思想,长期以来学术界认为热带... 详细信息

冰期旋回是第四纪地球气候变化最显著的特征,热带西太平洋通过水文循环控制全球气候演化,这是“气候演变低纬驱动”理论的核心内容.由于现代热带西太平洋CO_(2)总体上处于海-气平衡,因此基于“将今论古”的思想,长期以来学术界认为热带西太平洋相对于南大洋等高纬海区在大气CO_(2)分压(pCO_(2))冰期旋回中的作用并没那么重要,从而低估了热带西太平洋通过碳源汇演替调控全球气候的作用.在综合分析上新世以来冰期旋回中热带西太平洋碳源汇过程与机制的基础上,总结出了其气候效应模式,发现冰期时海平面降低导致更多的河流营养物进入海洋,致使近海表层有机碳生产和海底有机碳埋藏加强;同时,远洋为了“补偿”陆架珊瑚礁等钙质生物碳酸盐生产的减少,引起其深部CO32和碱度增加,致使远洋深部碳库增强;另外,开放洋区大型硅藻勃发等有机碳生产演化事件在大洋深部形成呼吸碳库,进一步“放大”了上述增强的深部碳库.这些碳循环过程表明冰期热带西太平洋扮演碳汇角色.间冰期时上述碳循环过程发生的方向或强度与冰期相反,但目前还没有证据证明间冰期热带西太平洋是否扮演碳源角色;尽管冰消期,其确实能向大气释放CO_(2).此外,叠加在冰期旋回之上的长尺度记录以及跨越冰期旋回的重大事件记录均显示,热带西太平洋可以通过全球的遥相关或洋际交换,在深部“被动”形成碳库.但这种“被动”形成的深部碳库是否也发生在冰期旋回中还有待于进一步证实.总之,热带西太平洋碳循环也同水文循环一样,通过碳源汇演替对冰期旋回中大气pCO_(2)和全球气候产生重要影响,从而丰富了“气候演变低纬驱动”理论的内涵.

关键词：表层海洋固碳深部海洋储碳海平面风尘碳循环上新世以来

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70万年以来西太平洋暖池区硅质生产力记录及其气候效应

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海洋地质与第四纪地质 2023年第4期43卷 30-37页

作者：唐正熊志方贾奇秦秉斌李铁刚自然资源部海洋地质与成矿作用重点实验室青岛266061 崂山实验室海洋地质过程与功能实验室青岛266237

西太平洋暖池(WPWP)的硅质生产力水平在调节第四纪全球大气CO_(2)分压的变化上发挥着重要作用,但其控制因素尚存争议。本研究对位于WPWP核心区的MD06-3047岩芯进行了生源蛋白石分析,探讨了700 ka以来WPWP的硅质生产力的控制因素及气候... 详细信息

西太平洋暖池(WPWP)的硅质生产力水平在调节第四纪全球大气CO_(2)分压的变化上发挥着重要作用,但其控制因素尚存争议。本研究对位于WPWP核心区的MD06-3047岩芯进行了生源蛋白石分析,探讨了700 ka以来WPWP的硅质生产力的控制因素及气候效应。研究发现,700 ka以来WPWP硅质生产力变化呈现显著的冰期-间冰期旋回,基本在冰期较高,间冰期较低。其主要控制因素可能是东吕宋陆架沉积物风化输入、亚洲风尘输入和温跃层深度(DOT)变化。南大洋中层水的“硅溢漏”可能无法对此海区产生显著影响。冰期时的低海平面,导致热带火山弧附近裸露的陆架沉积物的物理剥蚀和硅酸盐风化,淡水输入为WPWP提供了更多的硅酸;冰期时增强的风尘供应为WPWP提供了更多的Fe;冰期时较浅的DOT使表层海水的营养物质垂向空间变小,滞留时间增多。这些因素使冰期的WPWP生产力增高,有可能降低了大气CO_(2)分压。

关键词：热带西太平洋暖池生源蛋白石海平面温跃层深度大气CO_(2)

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解读2021年诺贝尔物理学奖:浅谈Klaus Hasselmann的科学贡献

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科学通报 2022年第6期67卷 557-560页

作者：宋丰飞吴立新中国海洋大学深海圈层与地球系统前沿科学中心/物理海洋教育部重点实验室青岛266003 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋动力过程与气候功能实验室青岛266237

2021年诺贝尔物理学奖授予了对理解复杂物理系统作出突出贡献的三位科学家,其中包括两位气象学家,分别是德国马克斯普朗克气象研究所的Klaus Hasselmann和美国普林斯顿大学的Syukuro Manabe[1].主要是为了表彰他们对模拟地球气候、定量... 详细信息

2021年诺贝尔物理学奖授予了对理解复杂物理系统作出突出贡献的三位科学家,其中包括两位气象学家,分别是德国马克斯普朗克气象研究所的Klaus Hasselmann和美国普林斯顿大学的Syukuro Manabe[1].主要是为了表彰他们对模拟地球气候、定量气候变率和准确预测全球变暖而做出的突出贡献.这是气象学家历史上首次获得诺贝尔物理学奖,也是自1995年气象学家因臭氧空洞的发现而获得诺贝尔化学奖之后,时隔26年再次斩获诺贝尔科学类奖项.

关键词：诺贝尔物理学奖气象学家诺贝尔化学奖气象研究所臭氧空洞地球气候普朗克物理系统

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晚第四纪热带西太平洋海气CO_(2)交换影响因素

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海洋地质与第四纪地质 2023年第4期43卷 48-55页

作者：郭景腾熊志方李铁刚自然资源部第一海洋研究所海洋地质与成矿作用重点实验室青岛266061 崂山实验室海洋地质过程与环境功能实验室青岛266237

探究海气CO_(2)交换有助于解析全球碳循环和全球气候变化。由于海水和大气的直接接触,研究表层海水碳酸盐系统变化成为探究海气碳交换的关键。基于已有热带西太平洋表层海水碳酸盐系统研究成果,本文总结了有孔虫壳体B/Ca和δ11B指标重... 详细信息

探究海气CO_(2)交换有助于解析全球碳循环和全球气候变化。由于海水和大气的直接接触,研究表层海水碳酸盐系统变化成为探究海气碳交换的关键。基于已有热带西太平洋表层海水碳酸盐系统研究成果,本文总结了有孔虫壳体B/Ca和δ11B指标重建碳酸盐系统参数的原理、方法及优缺点。然后,从厄尔尼诺-南方涛动(El Ni?o-Southern Oscillation, ENSO)、东亚季风以及大气桥梁和海洋隧道三方面综述了晚第四纪热带西太平洋海气CO_(2)交换影响因素的研究现状。结果显示,类ENSO通过横向平流和垂向变化分别影响热带西太平洋东端和西端的海气碳交换。东亚夏季风对热带西太平洋海气碳交换具有较强的调控作用,而东亚冬季风的调控作用较弱或不明显。冰消期南大洋深部流通状况增强,可通过大气桥梁(大气CO_(2))和海洋隧道(南极中层水)影响热带西太平洋海气碳交换。然而,为了更准确清晰地了解全球碳循环变化,还需针对指标记录的可靠性、覆盖范围以及海气碳交换在更长时间尺度的变化机理等方面开展更多研究。

关键词：浮游有孔虫 B/Ca δ11B 厄尔尼诺-南方涛动东亚季风南大洋碳循环

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浮游有孔虫壳体重量的古海洋学应用

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海洋地质与第四纪地质 2023年第4期43卷 1-9页

作者：秦秉斌熊志方李铁刚自然资源部第一海洋研究所海洋地质与成矿作用重点实验室青岛266061 崂山实验室海洋地质过程与环境功能实验室青岛266237

海洋沉积物中浮游有孔虫壳体重量同时受到上层海洋钙化过程和深海碳酸钙溶解作用的影响,是一种潜在的古海洋代用指标。基于全球大洋表层沉积物的指标现代过程校准,发现当深海碳酸根离子饱和度20μmol·kg-1,浮游有孔虫壳体重量可反... 详细信息

海洋沉积物中浮游有孔虫壳体重量同时受到上层海洋钙化过程和深海碳酸钙溶解作用的影响,是一种潜在的古海洋代用指标。基于全球大洋表层沉积物的指标现代过程校准,发现当深海碳酸根离子饱和度<20μmol·kg-1,溶解作用开始显著影响浮游有孔虫壳体重量。易溶种的壳体重量对碳酸根离子饱和度的响应更加敏感,可以作为可靠的深海碳酸根离子饱和度代用指标。当深海碳酸根离子饱和度>20μmol·kg-1,浮游有孔虫壳体重量可反映其钙化程度。基于该指标的古海洋学研究揭示了冰期旋回中浮游有孔虫钙化过程主要响应海水碳酸盐系统和温度变化;上新世以来太平洋深海碳酸根离子饱和度演化主要受控于海平面、南大洋冰盖/海冰和全球温盐环流变化。浮游有孔虫壳体重量指标为探索海洋碳循环演化提供了有力工具。

关键词：表层沉积物钙化作用溶解作用碳酸根离子饱和度海洋碳循环

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浮游有孔虫表层水种不同形态类型壳体的Sr/Ca记录

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海洋地质与第四纪地质 2023年第4期43卷 10-16页

作者：贾奇李铁刚熊志方秦秉斌自然资源部第一海洋研究所海洋地质与成矿作用重点实验室青岛266061 崂山实验室海洋地质过程与环境功能实验室青岛266237

浮游有孔虫表层水种Globigerinoides ruber (白色)和Trilobatus sacculifer壳体是过去海洋环境信息的重要载体,其壳体Sr/Ca比值在重建古海洋环境变化中具有较大潜力,因此本文旨在探讨G. ruber(白色)和T. sacculifer的不同形态类型Sr/Ca... 详细信息

浮游有孔虫表层水种Globigerinoides ruber (白色)和Trilobatus sacculifer壳体是过去海洋环境信息的重要载体,其壳体Sr/Ca比值在重建古海洋环境变化中具有较大潜力,因此本文旨在探讨G. ruber(白色)和T. sacculifer的不同形态类型Sr/Ca比的差异及其影响因素。对取自西菲律宾海的MD06-3047B沉积物岩芯中G. ruber的两种形态类型,即G. ruber(sensu stricto, s.s.)和G. ruber(sensu lato, s.l.),以及T. sacculifer的两种形态类型,即T. sacculifer (with sac)和T. sacculifer (without sac)壳体的Sr/Ca进行了测试分析。结果显示,MIS 3期(~48 ka)以来,MD06-3047B岩芯中G. ruber s.s.和G. ruber s.l.的Sr/Ca差异较小;而T. sacculifer (with sac)和T. sacculifer (without sac)的Sr/Ca存在显著差异,且前者显著高于后者。通过与同站位表层海水温度和盐度等记录的对比,发现研究区*** s.s.、G. ruber s.l.和T. sacculifer (without sac)壳体的Sr/Ca可能主要受控于海水温度,而T. sacculifer (with sac)壳体Sr/Ca受到海水盐度的影响。

关键词：浮游有孔虫形态类型 G.ruber(white) T.sacculifer Sr/Ca

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MIS 5期以来南极威德尔海生产力演化及其古海洋意义

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海洋地质与第四纪地质 2023年第3期43卷 144-156页

作者：王彤胡艺豪贾奇郭景腾唐正熊志方李铁刚自然资源部第一海洋研究所海洋地质与成矿作用重点实验室青岛266061 崂山实验室海洋地质过程与环境功能实验室青岛266237

南大洋有关大气二氧化碳分压(pCO_(2))冰期旋回机制的最新假说表明,冰期南极带生产力降低指示的深部流通状况减弱对CO_(2)的封存,以及亚南极带生产力升高对CO_(2)的固定能够圆满解释冰期大气pCO_(2)的降低。显然,测试该假说合理性的关... 详细信息

南大洋有关大气二氧化碳分压(pCO_(2))冰期旋回机制的最新假说表明,冰期南极带生产力降低指示的深部流通状况减弱对CO_(2)的封存,以及亚南极带生产力升高对CO_(2)的固定能够圆满解释冰期大气pCO_(2)的降低。显然,测试该假说合理性的关键是验证冰期旋回中南极带与亚南极带呈“镜像”关系的生产力演化特征。通过沉积物岩芯中生源蛋白石含量重建了MIS 5期以来南极威德尔海(南极带)生产力演化。结果显示,南极威德尔海生产力呈现暖期(MIS 5和3期)高、冷期(MIS 4和2期)低的冰期旋回特征以及总体降低的长期演化趋势。联合该生产力记录与搜集的南大洋其他海区多个生产力记录,确证了南极带与亚南极带“镜像”的生产力演化模式。进一步,通过该生产力记录与其潜在环境影响因素的对比,发现西风带经向移动和海冰张缩通过影响深部流通状况,进而控制深部营养物进入表层的可利用性,最终驱动MIS 5期以来威德尔海生产力演化的冰期旋回和长期趋势。南极威德尔海的深部流通状况对CO_(2)的“收押”与释放很可能贡献了MIS 5期以来大气pCO_(2)演化的冰期旋回和长期趋势。该研究确证了上述南大洋有关大气pCO_(2)冰期旋回机制假说的合理性,表明南大洋在全球气候演化中扮演重要角色。

关键词：生源蛋白石大气pCO_(2) 深部流通状况海冰西风带南大洋南极带

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西太平洋卡罗琳海底高原裂解作用的岩浆过程响应

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岩石学报 2024年第8期40卷 2585-2600页

作者：吴增鄢全树张海桃袁龙李凤春刘振轩赵仁杰闫施帅自然资源部第一海洋研究所海洋地质与成矿作用重点实验室青岛266061 崂山实验室海洋地质过程与环境功能实验室青岛266061 山东省深海矿产资源开发重点实验室青岛266061 中国冶金地质总局山东局集团测试有限公司济南250014

海底高原形成及其后的裂解事件是大洋板内地质作用的产物,因此研究海底高原可为大洋板内地球动力学过程提供重要线索。索罗尔海槽是卡罗琳海底高原初始裂解的重要产物,但到目前为止,其裂解过程的动力学机制仍然存在争议。本研究对采自... 详细信息

海底高原形成及其后的裂解事件是大洋板内地质作用的产物,因此研究海底高原可为大洋板内地球动力学过程提供重要线索。索罗尔海槽是卡罗琳海底高原初始裂解的重要产物,但到目前为止,其裂解过程的动力学机制仍然存在争议。本研究对采自索罗尔海槽基底的火山岩样品(玄武岩、英安岩)开展系统的单矿物(斜长石)原位主、微量元素地球化学研究,结果表明:玄武岩样品中斜长石种属为钙长石、培长石和少量拉长石;斜长石斑晶富集轻稀土和大离子亲石元素,亏损高场强元素,存在明显的Eu正异常;相比于斜长石斑晶,斜长石微晶具有更高的不相容元素含量。英安岩中斜长石种属为中长石,较玄武岩斜长石斑晶更富集轻稀土和大离子亲石元素,具有更明显的Eu正异常。玄武岩和英安岩中斜长石结晶温度和压力分别为1110~1171℃和961~966℃、0.27~0.42GPa和0.16~0.29GPa,且同一种岩石类型中的斜长石斑晶与微晶结晶温度无明显差异。基于以上结果,并对照前人所总结的双峰式岩浆系统的成因特征,本文提出卡罗琳海底高原裂解期间的岩浆作用具双层岩浆房模型,即地幔岩石部分熔融形成原始岩浆,聚集在深部岩浆房内结晶形成基性斜长石斑晶,随后被岩浆裹挟上涌喷出地表形成玄武岩;同时部分岩浆继续进入浅部壳层岩浆房,并结晶形成中酸性斜长石斑晶,后被演化岩浆携带上升并喷出地表形成英安岩。

关键词：海底高原初始裂解斜长石矿物化学岩浆过程

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胶州湾跨海大桥对海湾水体交换的影响

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海洋与湖沼 2019年第4期50卷 707-718页

作者：陈妍宇宋德海鲍献文严聿晗中国海洋大学物理海洋教育部重点实验室青岛266100 中国海洋大学海洋与大气学院青岛266100 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋动力过程与气候功能实验室青岛266237

跨海大桥的建设有利于环湾经济的发展,但桥墩入水不可避免地会对海湾内水动力和水交换造成一定的影响。本文以胶州湾为例,利用无结构网格有限体积海洋模型,建立了能够描绘胶州湾跨海大桥入海桥墩的高精度网格,构造了胶州湾及邻近海域的... 详细信息

跨海大桥的建设有利于环湾经济的发展,但桥墩入水不可避免地会对海湾内水动力和水交换造成一定的影响。本文以胶州湾为例,利用无结构网格有限体积海洋模型,建立了能够描绘胶州湾跨海大桥入海桥墩的高精度网格,构造了胶州湾及邻近海域的三维水动力模型,模拟了胶州湾建桥前后的潮(余)流结构。在此基础上,通过污染物示踪对比了胶州湾内污染物在建桥前后的对流扩散过程。模拟结果表明,大桥的建设对胶州湾南部大部分区域的影响较小,包括潮(余)流、水交换等方面;但对大桥北侧以及南侧靠近大桥一定范围内的区域有显著影响。大桥北侧潮致余流整体减小约2cm/s,靠近桥南侧的余流则由向北转为沿桥向东流动。由于大桥的影响,污染物在大桥北侧堆积,重点集中于桥北的红岛以西(Ⅰ区)沿岸区域以及红岛以东(Ⅱ区)大部分区域。其中,Ⅰ区建桥后的半交换时间增加了2.00d,Ⅱ区增加了2.04d。在减缓污染物扩散速率的同时,大桥也同样阻碍了径流输出的淡水向胶州湾南部的输运,使得桥北水体的盐度降低,有可能是造成近年来胶州湾冬季冰情加剧的原因之一。

关键词：胶州湾跨海大桥潮致余流水交换污染物输运数值模拟

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