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南海东北部末次冰盛期以来有机碳通量变化及驱动机制

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海洋地质与第四纪地质 2025年第1期45卷 68-78页

作者：高健祺周辛全刘传联同济大学海洋地质国家重点实验室上海200092

通过分析南海东北部台湾西南岸外MD18-3569柱状样岩芯的总有机碳、总氮和有机碳同位素,探讨了末次冰盛期(LGM)以来南海东北部有机碳通量变化及其驱动机制。结果表明,总有机碳和总氮含量分别为0.13%~0.40%和0.017%~0.061%,均呈冰期高、... 详细信息

通过分析南海东北部台湾西南岸外MD18-3569柱状样岩芯的总有机碳、总氮和有机碳同位素,探讨了末次冰盛期(LGM)以来南海东北部有机碳通量变化及其驱动机制。结果表明,总有机碳和总氮含量分别为0.13%~0.40%和0.017%~0.061%,均呈冰期高、全新世低的特征;C/N比值和有机碳同位素值分别为5.90~8.58和−25.15‰~−22.61‰,指示了研究站位海陆混合的有机碳来源,海源有机碳主要来自于海洋初级生产者(海洋藻类为主),陆源有机碳主要来自台湾西南部河流。海陆端元模型计算的海陆有机碳通量结果显示,海源有机碳和陆源有机碳通量分别为0.01~0.12 g·cm^(−2)·ka^(−1)和0.05~0.21 g·cm^(−2)·ka^(−1)。LGM以来,海源有机碳通量总体呈下降趋势,冰期高海源有机碳通量可能是由于冰期较强的东亚冬季风加强了海水垂向混合,导致上层海水营养物质含量升高,从而提高了海洋初级生产力;陆源有机碳通量呈自LGM以来的上升趋势,可能主要受到东亚夏季风带来的降水对台湾西南河流通量的影响,冰期以来的海平面变化通过改变河口位置也对这一过程起到了一定作用。这表明LGM以来,东亚季风系统对南海东北部有机碳埋藏过程具有非常重要的影响。

关键词：有机碳东亚季风末次冰盛期海平面变化南海东北部

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河口近海N2O的分布特征及微生物代谢驱动机制

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热带海洋学报 2025年

作者：洪义国张宝善吴佳鹏龙爱民广州大学大湾区环境研究院珠三角水质安全与保护教育部重点实验室热带海洋环境国家重点实验室(中国科学院南海海洋研究所) 中国科学院大学

河口近海区域作为陆地与海洋生态系统的交汇点，其在氧化亚氮（nitrous oxide,N2O）的生物地球化学循环中扮演着至关重要的角色。N2O作为一种强效温室气体，其在河口近海的分布特征和微生物代谢驱动机制对全球气候变化具有显著影响。本... 详细信息

河口近海区域作为陆地与海洋生态系统的交汇点，其在氧化亚氮（nitrous oxide,N2O）的生物地球化学循环中扮演着至关重要的角色。N2O作为一种强效温室气体，其在河口近海的分布特征和微生物代谢驱动机制对全球气候变化具有显著影响。本文综述了河口近海区域N2O的分布特征，N2O释放的主要微生物代谢途径（硝化过程、硝化细菌反硝化过程、不完全反硝化过程、硝化作用耦合反硝化过程），N2O产生与消耗过程的测定方法以及N2O释放的环境影响因素。对河口近海N2O生物地球化学循环的研究有助于我们制定有效的管理策略，减少N2O排放，减缓全球变暖具有重要意义。

关键词：微生物氮代谢 N O 生物地球化学循环河口近海

上新世以来赤道太平洋海温轨道周期转型的简单模式瞬变模拟

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第四纪研究 2025年

作者：季翔宇王跃魏思华丁奕凡党皓文郑伟鹏田军翦知湣同济大学海洋地质全国重点实验室中国科学院大气物理研究所地球系统数值模拟与应用全国重点实验室中国科学院大气物理研究所地球系统数值模拟科学中心中国科学院大学地球与行星科学学院

随着上新世以来大气CO2浓度降低,全球平均温度变冷,水汽含量减少,可能导致气候系统内部反馈过程对不同轨道周期外部驱动的敏感性发生改变,即长期气候背景状态变化可能导致轨道尺度气候周期转型（比如中更新世前后从4万年周期主导转为10... 详细信息

随着上新世以来大气CO2浓度降低,全球平均温度变冷,水汽含量减少,可能导致气候系统内部反馈过程对不同轨道周期外部驱动的敏感性发生改变,即长期气候背景状态变化可能导致轨道尺度气候周期转型（比如中更新世前后从4万年周期主导转为10万年和2万年周期主导）。为了检验这个假设,本研究综合利用箱式海洋模型以及二维能量平衡大气模型,以3 Ma以来的轨道参数和大气CO2浓度为驱动,进行瞬变加速模拟,试图揭示外部驱动和内部反馈对热带太平洋表层海温长期趋势以及周期转型的相对贡献。结果表明,1)简单模式可以成功模拟出与重建记录相似的经/纬向温差协同演变关系,并合理再现冷舌区海温的构造演变趋势和轨道周期转型;2)不同CO2背景值条件下,水汽反馈对轨道辐射量的敏感性差别不大,但可以剧烈放大构造-轨道尺度CO2变化驱动的温度响应幅度,特别是在热带地区更为明显;3)冷气候背景下的冰反射率反馈强度远大于气候暖期,可导致冷舌区海温轨道尺度变幅显著增大;4)中更新世前后冷舌海温平均值降低的内部机制主要是水汽反馈,轨道尺度变幅增大的内部机制则是冰反射率反馈,而10万年和2万年周期的增强则需要大气CO2驱动与两个内部反馈的共同作用,CO2背景值降低可通过冰反射率反馈而增强岁差周期,偏心率周期则来自CO2本身的10万年周期以及水汽反馈放大作用。

关键词：赤道太平洋海温轨道周期转型气候内部反馈气候敏感性瞬变数值模拟

浮游有孔虫Neogloboquadrina dutertrei钙化作用及其海洋酸化指示意义

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第四纪研究 2025年

作者：秦秉斌熊志方贾奇郭景腾李铁刚自然资源部第一海洋研究所自然资源部海洋地质与成矿作用重点实验室青岛海洋科技中心海洋地质过程与环境功能实验室

浮游有孔虫是一类海洋钙化生物,是海洋生源碳酸钙的主要来源。揭示浮游有孔虫钙化作用机理对于理解海洋生物泵以及碳循环具有重要意义。本研究利用全球热带大洋表层沉积物中浮游有孔虫Neogloboquadrina dutertrei壳体重量反映现代过程中... 详细信息

浮游有孔虫是一类海洋钙化生物,是海洋生源碳酸钙的主要来源。揭示浮游有孔虫钙化作用机理对于理解海洋生物泵以及碳循环具有重要意义。本研究利用全球热带大洋表层沉积物中浮游有孔虫Neogloboquadrina dutertrei壳体重量反映现代过程中***钙化程度,发现***钙化作用受控海水碳酸盐系统,并随海洋酸化而减弱;同时,80万年来热带西太平洋***钙化作用响应大气二氧化碳浓度而呈现冰期强间冰期弱的变化模式。研究结果表明无论是现代还是晚第四纪冰期旋回中***钙化作用均受控海洋酸化;特定浮游有孔虫种壳体重量或可作为一种潜在的古海水碳酸盐系统代用指标。

关键词：热带大洋热带西太平洋表层沉积物大气pCO 冰期旋回

末次冰盛期以来南海东北部颗石形态变化及其影响因素

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第四纪研究 2025年

作者：高健祺周辛全刘传联同济大学海洋地质国家重点实验室

本研究通过分析南海东北部MD18-3569柱状样0.01～12.41 m （0.69～26.58 ka）沉积物样品中N oelaerhabdaceae颗石形态及其相关指标,探讨了末次冰盛期（LGM）以来颗石形态变化及其驱动因素。颗石的长度、厚度、面积和质量通过显微镜下形... 详细信息

本研究通过分析南海东北部MD18-3569柱状样0.01～12.41 m （0.69～26.58 ka）沉积物样品中N oelaerhabdaceae颗石形态及其相关指标,探讨了末次冰盛期（LGM）以来颗石形态变化及其驱动因素。颗石的长度、厚度、面积和质量通过显微镜下形态测量和计算公式获得,并采用形态参数评估颗石的保存状况;基于颗石形态数据计算形态离散程度指数和钙化作用强度指标,结合PyCO2SYS模型重建海洋碳酸盐体系参数,以探讨其对颗石形态变化的影响。结果表明,颗石长度在LGM以来的变化范围为2.69～3.86μm,平均值3.20μm,波动较大但未呈现明显趋势;颗石厚度变化范围为0.07～0.17μm,平均值0.13μm,LGM以来逐渐减小;颗石质量变化范围为2.31～9.02 pg,平均值5.61 pg,LGM以来逐渐减小;颗石形态参数的计算表明,样品保存状况良好,数据具有较高可靠性;颗石离散程度指数结果显示,LGM以来颗石大小多样性呈下降趋势,反映出季节性差异减弱及区域生产力降低的影响;颗石钙化作用指标结果表明,LGM以来颗石钙化作用减弱;通过对比温度、盐度及海洋碳酸盐体系参数,分析发现大气二氧化碳（CO2）浓度的升高及由此产生的海洋酸化是导致颗石钙化作用减弱的主要因素,温度和盐度对钙化作用的影响相对较小。研究表明,Noelaerhabdaceae颗石对环境变化的响应复杂,区域气候变化和海洋碳酸盐体系的演化在颗石形态变化中发挥了重要作用。

关键词：颗石形态颗石钙化末次冰盛期南海东北部

北大西洋涛动对欧洲北海与不列颠岛附近冬季闪电活动的影响

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大气科学 2025年第1期49卷 138-152页

作者：于欣宏张文娟周震强戴国锟郑栋张义军复旦大学大气与海洋科学系上海200433 中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室北京100081

本文利用2010～2022年全球闪电定位网（World Wide Lightning Location Network，WWLLN）资料和1993～2022年ERA5再分析资料，研究了北大西洋涛动（North Atlantic Oscillation, NAO）对欧洲北海及不列颠岛附近区域（50°～66°N，20°W～15°E）冬季（12月和1月）闪电活动的影响。此外针对2014年冬季（2014年12月与2015年1月）的极端闪电活动，讨论了NAO对这一闪电异常现象的主要贡献和影响过程。结果表明，NAO是该区域冬季闪电活动最直接的气候影响系统，NAO指数与闪电数呈显著正相关。合成分析结果表明，在NAO正相位时该区域闪电活动明显增强。这是由于增强的冰岛低压和亚速尔高压加强了北大西洋急流，使急流轴偏向在北大西洋海面上加强，闪电与急流的遥相关位于北大西洋中部，说明急流的加速作用是在北大西洋海表的急流入口区促进气旋波的产生并且随急流轴向东移动。同时，NAO也使得欧洲西海岸附近海温升高、亚速尔高压输送水汽增多，促进了闪电活动的产生。2014年冬季（2014年12月至2015年1月）该区域出现了闪电异常增多的情况，闪电数量增加至平均闪电数量的数十倍，且与冬季平均态闪电数量的均值和概率分布具有明显差异。分析表明，偶极子—冰岛低压和亚速尔高压的极端变化是此次闪电活动异常的主要原因。NAO的极端正相位导致北大西洋急流、局地海温、水汽输送都向有利于极端对流产生的方向发展，进而在该区域产生了异常活跃的冬季闪电活动。

关键词：闪电北大西洋涛动(NAO) 亚速尔高压北大西洋西风急流北大西洋三极型海温

海洋水色遥感机器学习模型应用现状及定标与真实性检验AI模型展望

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海洋与湖沼 2025年第1期56.0卷 3-24页

作者：陈鹏厉运周赵志刚张思琪张镇华王军成潘德炉齐鲁工业大学(山东省科学院) 自然资源部第二海洋研究所崂山实验室

海洋水色遥感技术是观测海洋水色状况的高效工具，数十年来持续提供了全球海洋光学特性、水色和生物地球化学参数的重要数据。随着人工智能的快速发展，基于机器学习模型的水色遥感研究逐渐成为科研领域的新热点。本文回顾了海洋水色遥... 详细信息

海洋水色遥感技术是观测海洋水色状况的高效工具，数十年来持续提供了全球海洋光学特性、水色和生物地球化学参数的重要数据。随着人工智能的快速发展，基于机器学习模型的水色遥感研究逐渐成为科研领域的新热点。本文回顾了海洋水色遥感中机器学习模型的现状与挑战，并评估了这些模型在大气校正、水色反演、碳循环及数据重构中的应用效果。本文重点综述了机器学习在海洋水色遥感应用中的进展。鉴于卫星传感器长期在轨运行中，可能遭受元器件老化等问题，本文强调了对遥感器进行持续定标和真实性检验的必要性。这些检验工作是确保卫星遥感数据质量的基础，对于卫星遥感应用至关重要。因此，本文还展望了未来在水色遥感定标与真实性检验中，人工智能大模型的发展前景。

关键词：水色遥感大模型机器学习辐射定标真实性检验大气校正

溶解有机质N/C比值的分布格局及其对湖泊增温和营养富集的响应

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湖泊科学 2025年第1期37卷 97-111页

作者：陈铭胡盎韩磊王建军湖南农业大学资源学院长沙410128 中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与流域水安全重点实验室南京211135

溶解有机质(DOM)是水生生态系统的重要能量和营养源,其N/C等元素化学计量学能够反映湖泊沉积物营养物质来源,相关研究有助于揭示全球变暖和水体富营养化的影响机制。本研究聚焦高分辨率质谱技术所获DOM的N/C比值,通过Meta分析从宏观角... 详细信息

溶解有机质(DOM)是水生生态系统的重要能量和营养源,其N/C等元素化学计量学能够反映湖泊沉积物营养物质来源,相关研究有助于揭示全球变暖和水体富营养化的影响机制。本研究聚焦高分辨率质谱技术所获DOM的N/C比值,通过Meta分析从宏观角度考察全球湖泊、河流、海洋和泥炭地等多生境N/C比值的全球分布情况。结果表明,河流水体、沉积物和污水等生境的N/C均值(分别为0.050±0.062、0.050±0.014和0.083±0.084)均显著高于泥炭地(0.026±0.037);水体N/C比值主要受海拔(即温度)、pH、氨氮和溶解有机碳等显著影响,而泥炭地等陆地N/C比值主要受pH、总溶解有机氮和溶解有机碳的影响。进一步,依托云南老君山海拔梯度开展模拟温度变化和营养富集的微宇宙实验定量解析其影响机制,并根据沉积物DOM分子转换数将总分子划分为高活性和低活性两类,探究总分子及其两类组分的N/C比值对温度和营养富集的响应规律。溶解有机质N/C均值为0.112±0.020,其中高活性分子(0.119±0.017)显著高于低活性分子(0.109±0.034)。总分子N/C比值主要受亚硝酸盐和硝酸盐等营养盐的影响,相对总贡献率为63.43%;高活性分子N/C比值主要受营养盐和能量供应(比如溶解有机碳、总有机碳和叶绿素a等)的影响,而低活性分子N/C比值主要受营养盐的影响。结构方程模型分析表明,营养富集对总分子N/C比值的影响高于温度,主要通过能量供应和营养盐的间接作用而产生影响;对于高活性分子,营养盐主要通过能量供应的间接作用影响N/C比值;而对于低活性分子,主要通过营养盐发挥直接作用。本研究结果首次探讨了全球不同生境N/C比值的分布格局,揭示了沉积物溶解有机质N/C比值对全球变暖和营养富集的响应规律和机制,为更好理解和预测未来全球变化背景下溶解有机碳稳定性提供科学参考。

关键词：溶解有机质氮碳比湖泊沉积物全球变暖富营养化

基于多层感知机模型的长三角水稻种植区净生态系统碳通量模拟

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高原气象 2025年第1期44卷 191-200页

作者：席闻阳何建军王智麟郭立峰李亚荣中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室/中国气象局大气化学重点开放实验室北京200081 海南大学海洋科学与工程学院海南海口570228 南京信息工程大学计算机与软件学院江苏南京210044 兰州大学大气科学学院甘肃兰州730000

中国长江三角洲地区(以下简称长三角地区)是典型的水稻种植区,其碳源汇对区域气候和环境具有重要影响。本文系统地分析了长三角地区净生态系统碳交换量(net ecosystem exchange,NEE)与各个气象因子之间的关系,发现NEE与太阳短波辐射的... 详细信息

中国长江三角洲地区(以下简称长三角地区)是典型的水稻种植区,其碳源汇对区域气候和环境具有重要影响。本文系统地分析了长三角地区净生态系统碳交换量(net ecosystem exchange,NEE)与各个气象因子之间的关系,发现NEE与太阳短波辐射的相关性最强,其次与湿度相关参量(饱和水汽压差、相对湿度)等呈现较强的相关性。同时,NEE与太阳辐射、气温、湿度因子、风速和摩擦速度的相关性呈现明显的昼夜变化。基于上述分析,本文利用NEE和气象观测数据构建了长三角水稻下垫面多层感知机(Multilayer perceptron,MLP)NEE模拟模型,评估了模型的模拟效果及其时空稳定性。构建的MLP模型能较好地拟合NEE,训练集模拟的NEE与观测值的相关系数达到0.88,均方根误差为5.34μmol·m^(-2)·s^(-1);MLP模型在模拟长三角水稻季NEE时表现良好,在东台和寿县站点的模拟NEE结果与观测值的相关系数均高于0.78,模型具有较好的时空稳定性;MLP模型模拟白天平均NEE的效果好于夜间平均NEE的效果。研究结果揭示了影响水稻碳循环的主要气象因子,为认识长三角水稻种植区碳循环时空分布特征提供支撑,对准确评估全球和区域碳通量具有重要意义。

关键词：机器学习 MLP模型 NEE 长江三角洲地区水稻种植区