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海洋科学 2024年第1期48卷 1-10页

作者：华峻巍王法明中国科学院海洋研究所山东青岛266071 中国科学院大学北京100049 中国科学院海洋环流与波动重点实验室山东青岛266071 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山东青岛266237

在空间均匀和各向同性的假定下,地转湍流理论认为涡旋动能随尺度分布遵循k–n定律(k为波数)。但实际海洋受边界、地形、层结等,具有明显的非均匀、各向异性特征。鉴于此,我们基于近30a卫星高度计资料,分别计算了热带、副热带、中高纬度... 详细信息

在空间均匀和各向同性的假定下,地转湍流理论认为涡旋动能随尺度分布遵循k–n定律(k为波数)。但实际海洋受边界、地形、层结等,具有明显的非均匀、各向异性特征。鉴于此,我们基于近30a卫星高度计资料,分别计算了热带、副热带、中高纬度等海洋涡旋强度不同区域的海面高度异常(SSHA)波数谱,进而利用线性回归拟合方法估算出中尺度波段上SSHA波数谱的斜率,并与地转湍流理论预测进行了对比。研究结果显示:SSHA波数谱从赤道到中高纬度逐渐变陡,其斜率由–4减到–5,基本符合赤道线性波动理论和准地转湍流理论的预测。SSHA波数谱斜率存在纬向与经向差异,例如在赤道地区,纬向谱比相应的经向谱陡;而在南极绕极流区域,经向谱斜率大于纬向谱斜率。SSHA波数谱斜率的各向异性表明海洋中尺度运动受β效应影响,具有明显的经向和纬向差异。以上结果表明,海洋中尺度运动介于准二维和三维之间,不能用一个全球普适的湍流理论模型来描述。

关键词：海面高度中尺度涡旋地转湍流波数-频率谱谱斜

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山东半岛近岸沉积物化学风化强度对古气候和海平面变化的响应机制

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海洋科学进展 2024年

作者：兰凯刘喜停李铁刚熊志方中国海洋大学海洋地球科学学院海底科学与探测技术教育部重点实验室青岛海洋科学与技术国家实验室海洋地质过程与环境功能实验室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

边缘海沉积物的化学风化过程与全球变化息息相关，但是其化学风化强度对古气候和海平面变化的响应机制还存在争议。本研究利用山东半岛近岸泥质区LHSD-1钻孔，通过多种化学风化指标(CIA、WIP、CIX、αAlE)恢复末次盛冰期以来沉积物的化... 详细信息

边缘海沉积物的化学风化过程与全球变化息息相关，但是其化学风化强度对古气候和海平面变化的响应机制还存在争议。本研究利用山东半岛近岸泥质区LHSD-1钻孔，通过多种化学风化指标(CIA、WIP、CIX、αAlE)恢复末次盛冰期以来沉积物的化学风化强度。分析Al/Si比值校正粒度效应发现，LHSD-1钻孔沉积物的化学风化指标受沉积物源影响较小，但在11.4～9.0 ka显著受到海平面变化导致的沉积旋回作用影响，表现为CIA（Chemical Index of Alteration）和WIP（Weathering Index of Parker）的不一致性。在高海平面时期（7.6 ka至今），CIA主要受东亚季风的控制，特别是8.2 ka、7.2 ka和4.2 ka冷事件东亚冬季风增强时，CIA快速降低，说明源区化学风化强度能快速响应气候变化。在低海平面时期，CIA等风化指标显示该时期沉积物化学强度增强，这与前人在赤道陆架研究的结论一致。我们认为，末次冰期海平面降低导致的陆架暴露是化学风化增强的主要因素，因此，我们提出在冰期-间冰期旋回尺度上，海平面变化通过控制沉积物的滞留时间来影响到边缘海沉积物的风化指标记录。这一新发现对认识冰期-间冰期旋回尺度上的全球气候变化和碳循环具有重要意义。

关键词：化学风化沉积环境末次盛冰期古气候边缘海沉积

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东部型El Niño事件发展期秋季对中国极端降水的影响

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高原气象 2023年第6期42卷 1457-1467页

作者：蒲于莉冯娟李建平北京师范大学全球变化与地球系统科学研究院北京100875 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/未来海洋学院山东青岛266100 青岛海洋科学与技术国家实验室海洋动力过程与气候功能实验室山东青岛266237

利用1961-2020年中国地面降水逐日数据集和NCEP/NCAR逐月再分析资料,采用相关及合成分析等方法分析了东部型El Niño事件发展期秋季对同期我国极端降水的可能影响及物理过程。结果表明:东部型El Niño事件在发展期秋季对华中和... 详细信息

利用1961-2020年中国地面降水逐日数据集和NCEP/NCAR逐月再分析资料,采用相关及合成分析等方法分析了东部型El Niño事件发展期秋季对同期我国极端降水的可能影响及物理过程。结果表明:东部型El Niño事件在发展期秋季对华中和华南地区的极端秋季降水有显著的影响,造成华南地区秋季极端降水增多而华中地区减少。进一步分析了造成这种影响的物理过程发现,当东部型El Niño事件处于发展期的秋季时,中东太平洋表现为显著的正海温异常,热带西太平洋及我国南海为负的海温异常。相应地,热带中东太平洋表现为异常的上升气流,西太平洋为异常的下沉气流,在华南地区表现为异常的辐合上升,为降水创造了有利的动力条件;同时,异常海温进一步对西北太平洋副热带高压(以下简称西太副高)位置产生影响,造成西太副高异常偏西,在南海到西太平洋地区表现为反气旋性环流异常,意味着西南气流的水汽输送增强,这促进了华南地区极端降水的发生。而在华中地区则表现为异常的偏北风和水汽辐散,不利于降水的生成。以上结果对认识我国东部地区的极端降水事件的物理机理提供了科学线索。

关键词：东部型El Niño事件发展期极端降水年际变化

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区域气候模式对长江中下游梅雨的数值模拟:积云对流参数化方案和水平分辨率的影响

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大气科学 2024年第6期48卷 2178-2200页

作者：李昊谦王璐陈林孙明葛子安程一峰张荣华南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心/气候与环境变化国际合作联合实验室南京210044 青岛海洋科学与技术试点国家实验室区域海洋动力学与数值模拟功能实验室山东青岛266237 南京信息工程大学海洋科学学院南京210044

本文研究了区域气候模式RegCM4.7对长江中下游梅雨期降水的模拟技巧,聚焦不同积云对流参数化方案、水平分辨率、微物理方案和陆面模式对梅雨降水模拟的影响及可能原因。基于区域模式中积云对流参数化方案、水平分辨率、微物理方案和陆... 详细信息

本文研究了区域气候模式RegCM4.7对长江中下游梅雨期降水的模拟技巧,聚焦不同积云对流参数化方案、水平分辨率、微物理方案和陆面模式对梅雨降水模拟的影响及可能原因。基于区域模式中积云对流参数化方案、水平分辨率、微物理方案和陆面模式的不同配置组合,本研究共开展了96组成员试验,分析了不同模式配置方案下2020年超强梅雨个例以及1990~2020多年长江中下游梅雨期降水的模拟性能。结果发现:RegCM4.7模式在长江中下游梅雨期降水模拟方面具有一定技巧,其中积云对流参数化方案的选取对模拟结果影响较大,Tiedtke方案对梅雨降水的模拟技巧相对较高,而Grell方案相对较低。分析发现Tiedtke方案能够更合理地再现对流降水以及对流降水与层状云降水的比率,这可能是导致该方案对梅雨降水整体模拟效果较好的原因。进一步地,水平分辨率对梅雨期降水模拟的影响与地形因素有关,低水平分辨率(60 km)试验在复杂地形区域表现出显著的降水湿偏差,随着水平分辨率的提高,复杂地形带来的降水湿偏差可以明显减小。研究发现,在低分辨率试验中,中尺度对流系统(MCS)降水被长时间地锢囚在山区陡峭地形处,这将导致长时间尺度上的平均降水表现出湿偏差;而高分辨率试验能够更好地刻画复杂地形区域MCS从午后生成并逐渐向东传播的日变化特征,进而合理地再现梅雨期平均降水。最后,RegCM4.7中的微物理方案和陆面模式的选取对降水的模拟影响不大。综上,一系列数值试验结果表明区域气候模式RegCM4.7对包括2020年超强梅雨个例在内的长江中下游梅雨期降水具有较好的模拟技巧,相较而言,当RegCM4.7模式采用Tiedtke积云对流参数化时梅雨降水整体模拟技巧相对最佳,若更关注复杂地形区域的降水可考虑采用高水平分辨率配置。

关键词：梅雨模拟 RegCM4区域模式积云对流参数化方案模式分辨率 2020超强梅雨

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三千万年以来西太平洋黏土矿物记录的亚洲干旱及构造-气候驱动

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中国科学：地球科学 2023年第6期53卷 1373-1391页

作者：唐艺万世明赵德博于兆杰徐兆凯张晋宋泽华李梦君靳华龙焦文军董宏坤李安春中国科学院海洋研究所中国科学院海洋地质与环境重点实验室青岛266071 青岛海洋科学与技术国家实验室海洋地质过程与环境功能实验室青岛266061 中国科学院大学北京100049

亚洲内陆是全球第二大风尘源区,其构造和气候演化对区域和全球气候环境有重要影响.西太平洋是亚洲风尘向东输送的主要沉积汇.黏土矿物作为容易长途搬运的细颗粒大陆风化产物,被广泛应用于古气候和风化历史重建,但亚洲大区域范围、长时... 详细信息

亚洲内陆是全球第二大风尘源区,其构造和气候演化对区域和全球气候环境有重要影响.西太平洋是亚洲风尘向东输送的主要沉积汇.黏土矿物作为容易长途搬运的细颗粒大陆风化产物,被广泛应用于古气候和风化历史重建,但亚洲大区域范围、长时间尺度黏土矿物记录的整体演化趋势及响应机制还不甚清晰.我们利用西太平洋深海钻探计划(DSDP)292和296站位两个长尺度、连续、高分辨率沉积物岩芯的黏土矿物和Sr-Nd同位素组成,约束了沉积物来源,并重建了渐新世以来风尘源区的干旱演化历史.结果表明,菲律宾海黏土粒级沉积物主要为亚洲内陆风尘和西太平洋岛弧风化产物的混合.基于黏土矿物组成及风尘通量等指标重建,揭示出中亚风尘源区自晚渐新世以来持续干旱化,在约20、14、7和3Ma出现阶段性干旱化加剧.综合已发表的亚洲黏土矿物记录与其他地区记录对比,发现亚洲地区伊利石和绿泥石相对含量在晚新生代的增长更为显著,这种不一致性明显出现始于约20Ma,而约3Ma之后出现全球一致的伊利石快速增加.综合构造与气候记录,我们认为20~3Ma期间来自亚洲物源的伊利石和绿泥石增加主要响应于喜马拉雅-青藏高原的构造隆升,而3Ma以来主要响应于北极冰盖扩张引起的全球变冷.

关键词：黏土矿物 Sr-Nd同位素物源风尘西太平洋晚新生代

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西太平洋深层西边界流研究进展

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地球科学进展 2022年第1期37卷 26-36页

作者：汪嘉宁马强王凡刘彤张航张志祥中国科学院海洋研究所海洋环流与波动重点实验室山东青岛266071 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山东青岛266237 中国科学院大学海洋学院山东青岛266400

中国科学院西太平洋科学观测网实现了对西太平洋深层西边界流的长期连续和组网观测。基于观测网获取的数据并结合模式数据,逐步摸清了深层西边界流在雅浦—马里亚纳海沟连接区季节性入侵西太平洋的路径、流量和动力机制,揭示了地形罗斯... 详细信息

中国科学院西太平洋科学观测网实现了对西太平洋深层西边界流的长期连续和组网观测。基于观测网获取的数据并结合模式数据,逐步摸清了深层西边界流在雅浦—马里亚纳海沟连接区季节性入侵西太平洋的路径、流量和动力机制,揭示了地形罗斯贝波引起的深层季节内振荡特征和能量来源,发现了深海与上层海洋和气候变化联系的"高速公路",改变了以往"深海是死水、杂乱无章和非常缓慢变化"的传统认知,就该方面的创新进展进行了总结,并讨论了下一步太平洋深层环流的观测和研究设想。

关键词：太平洋深层西边界流太平洋深层经向翻转环流雅浦—马里亚纳海沟连接区季节和季节内变异地形罗斯贝波

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基于化学示踪的海床细颗粒渗流测量方法研究

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海洋地质与第四纪地质 2022年第6期42卷 200-206页

作者：王虎黄博孙永福天津大学海洋科学与技术学院天津300072 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋地质过程与环境功能实验室青岛266237

海床内部孔隙水及细颗粒的渗流和输运对于海底沉积动力过程、海床稳定性有重要影响。针对海床内部渗流发展过程难于描述、细颗粒渗流难于定量测定的问题,本文以在海床中物理化学性质稳定的白色氢氧化镁粉末作为示踪剂,通过分层取样加盐... 详细信息

海床内部孔隙水及细颗粒的渗流和输运对于海底沉积动力过程、海床稳定性有重要影响。针对海床内部渗流发展过程难于描述、细颗粒渗流难于定量测定的问题,本文以在海床中物理化学性质稳定的白色氢氧化镁粉末作为示踪剂,通过分层取样加盐酸反应及离子色谱测试等手段,实现海床细颗粒渗流的指示及定量测量。试验及分析表明,本方法清晰显示了细颗粒在动荷载引起的粉土海床内部超孔隙水压力和向上的渗流压力梯度作用下向上运移,形成规模和形状各异的渗流通道,最终部分到达海床表面的渗流发展过程,实现了细颗粒从海床内部至床面逐层渗流量的定量表征,对于进一步理清波浪作用下粉土海床液化、渗流、再悬浮耦合机理及开发相应的定量评价方法具有重要意义。

关键词：细颗粒化学示踪海床渗流超孔隙水压力

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黑潮延伸体区跨等密度面湍流混合的次季节变化

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海洋与湖沼 2022年第1期53卷 33-48页

作者：闫晓梅张林林庞重光中国科学院海洋研究所环流与波动重点实验室山东青岛266071 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山东青岛266237 中国科学院海洋大科学研究中心山东青岛266071

海洋中的跨等密度面湍流混合对于热量和淡水输送、翻转环流以及全球气候变化都有重要影响,理解跨等密度面湍流混合的变化对于改进气候模式模拟和预测大尺度海洋环流的能力具有重要作用。基于细尺度参数化方法,本文利用黑潮延伸体区的一... 详细信息

海洋中的跨等密度面湍流混合对于热量和淡水输送、翻转环流以及全球气候变化都有重要影响,理解跨等密度面湍流混合的变化对于改进气候模式模拟和预测大尺度海洋环流的能力具有重要作用。基于细尺度参数化方法,本文利用黑潮延伸体区的一个长期潜标K7观测,对跨等密度面湍流混合的次季节变化进行了分析。结果表明,在2004年6~9月, 300~1 350 m的耗散率存在明显的逐月变化, 8月份的平均耗散率为2.7×10^(-9)m^(2)/s^(3),约为其他月份的2~3倍。跨等密度面湍流混合的这一显著的次季节变化与由风生近惯性内波引起的近惯性剪切的次季节变化密切相关。特别地,在8月中旬,局地风尽管较弱但生成了较强的近惯性内波,在负地转涡度促进下,近惯性内波向下穿透可达1 300 m。能量收支分析显示, 8月总的风生近惯性能量是1.7×10^(3)W/m^(2),其中71%能够进入深海,为跨等密度面湍流耗散提供了52%的能量。该研究为风生近惯性内波在调制深海跨等密度面湍流混合低频变化中的重要作用提供了一个直接依据。

关键词：跨等密度面湍流混合次季节变化近惯性内波黑潮延伸体区

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季节内印度洋-西太平洋对流涛动对次季节-季节尺度大气可预报性的影响

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热带气象学报 2024年第1期40卷 85-100页

作者：胡榕李建平侯兆禄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/海洋与大气学院/未来海洋学院山东青岛266100 青岛海洋科学与技术国家实验室海洋动力过程与气候功能实验室山东青岛266237 广东省气象台广东广州510641

利用非线性局部Lyapunov指数和条件非线性局部Lyapunov指数定量估计了季节内印度洋-西太平洋对流涛动(IPCO)和实时多变量Madden-Julian指数(RMM指数)可预报期限,量化了季节内IPCO对S2S尺度大气可预报性的贡献,深入研究了季节内IPCO演变... 详细信息

利用非线性局部Lyapunov指数和条件非线性局部Lyapunov指数定量估计了季节内印度洋-西太平洋对流涛动(IPCO)和实时多变量Madden-Julian指数(RMM指数)可预报期限,量化了季节内IPCO对S2S尺度大气可预报性的贡献,深入研究了季节内IPCO演变下S2S尺度可预报期限空间分布的变化规律。结果表明:(1)与RMM指数相比,季节内IPCO指数可预报性更强,可预报期限达到31天左右,比RMM指数高出2周以上;(2)印度洋-西太平洋区域S2S尺度大气可预报性最强,可预报期限达到30天以上,其中季节内IPCO是该地区的主要可预报性来源之一,其贡献达到6天,占总可预报期限的25%以上;(3)随着季节内IPCO的演变,印度洋-西太平洋地区S2S尺度大气可预报性有空间结构变化,表现为可预报期限异常的传播和振荡。S2S尺度大气可预报期限正负异常沿季节内IPCO传播路径,一支以赤道中西印度洋为起点北传至印度半岛,一支向东传播,经过海洋性大陆到赤道西太平洋后向北传播,到达日本南部。同时,可预报性异常的传播在在东印度洋和西太平洋表现出反向变化的特征,形成东西两极振荡,当季节内IPCO向正位相发展时,东印度洋具有更强的可预报性,西太平洋具有更弱的可预报性,反之亦然。季节内IPCO的发展(衰退)可使东印度洋(西太平洋)S2S尺度大气可预报性更强,表明模式预报技巧对此具有更大的提升空间。

关键词：季节内印度洋-西太平洋对流涛动(IPCO) S2S尺度可预报性热带季节内振荡非线性局部Lyapunov指数

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基于大规模围填海和陆源排污压力下的广西钦州湾环境容量变化及损失评估

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海洋学报 2023年第2期45卷 139-150页

作者：吕赫张少峰宋德海鲍献文中国海洋大学物理海洋教育部重点实验室山东青岛266100 中国海洋大学海洋与大气学院山东青岛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山东青岛266237 自然资源部第四海洋研究所广西北海536015

在2004–2019年间,人类通过大规模围填海以及陆源排污等活动对钦州湾造成了不可逆转的深远影响。本文基于卫星遥感影像和海图资料,利用非结构网格有限体积海洋模型建立的高精度钦州湾水动力–水质模型,分析了十几年来人类活动的累积效... 详细信息

在2004–2019年间,人类通过大规模围填海以及陆源排污等活动对钦州湾造成了不可逆转的深远影响。本文基于卫星遥感影像和海图资料,利用非结构网格有限体积海洋模型建立的高精度钦州湾水动力–水质模型,分析了十几年来人类活动的累积效应对钦州湾水质的影响。受围填海和陆源排污两者的影响,钦州湾内化学需氧量(COD)的浓度略有下降(0.976 mg/L下降到0.909 mg/L),但湾内无机氮(DIN)和无机磷(DIP)的浓度分别从0.146 mg/L和0.023 mg/L增加到0.230 mg/L和0.027 mg/L,无机氮的浓度增加较为显著;统计结果表明,湾内超四类水质海域面积和重度富营养化水域面积大幅度增加,水质环境状况不容乐观。此外根据钦州湾内排污的特点,利用分担率法计算了不同时期下钦州湾的环境容量,结果表明湾内排污量远超最大允许排污量,茅岭江、钦江两条河流的排污量亟需削减;由于围填海导致的海湾面积减小和水交换能力降低,钦州湾环境容量较2008年有明显下降。对茅尾海局部采用排海通量最优法的计算表明,茅岭江应当分担比钦江更多的排污量,才能有利于茅尾海内的水质改善。通过估算发现双重人为压力共同对钦州湾造成了约每年26.95亿元的环境容量价值损失,因此在开发利用海洋前应慎重考虑环境容量损失的补偿方案。

关键词：人类活动水质污染物输运环境容量海洋模型

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