Fe是火成岩中丰度最高的变价元素，也是重要的成矿元素，主要以Fe²⁺或Fe³⁺价态赋存于固（矿物）、液（流体）相中，并全程参与岩浆作用过程和各种成矿作用。随着测试分析技术（如MC-ICPMS）的发展，Fe等非传统稳定同位素组成分析成为可能，并在最近十几年中被成功应用于岩浆物源追溯、结晶演化过程示踪和成矿作用分析等重要地质作用过程的研究。本文在分析了Fe同位素在岩浆作用过程中分馏效应的基础上，总结了Fe同位素组成在示踪海底玄武质岩浆（MORB、OIB、IAB和BABB等）作用过程研究的最新成果，并探讨了在应用Fe同位素组成示踪海底岩浆作用过程中所存在的主要问题。综合分析结果表明，火成岩中的Fe同位素分馏效应不仅受岩浆源物质部分熔融、岩浆扩散、流体出溶和结晶分异等作用过程的影响，而且还受到同化围岩物质、海底蚀变等作用的影响；由于Fe同位素分析技术（方法）至今仍待进一步完善，已有数据有限且需甄别去伪，因此在利用Fe同位素组成分析或恢复岩浆物源及作用过程时，仍需谨慎；于当前亟需建立完整可靠的Fe同位素示踪体系，这就需要在近期的工作中，尽可能多地选取代表不同构造环境和不同岩石类型的合适样品、获取（积累）更多原始（未经改造或蚀变）样品的精细分析数据，同时在利用Fe同位素示踪海底岩浆作用过程中还需注重多元数据的结合或相互佐证。

大西洋经向翻转环流（Atlantic Meridional Overturning Circulation，AMOC）是气候系统重要的组成部分，其强度变化可直接影响南北半球的热量分配，厘清其变化机理对全球变暖背景下的未来预估至关重要。海洋沉积物记录发现，在晚更新世，AMOC的变化与地球岁差周期有紧密联系，但其物理机理尚不清楚。本文利用海洋−大气耦合气候模型—COSMOS（ECHAM5/JSBACH/MPIOM）模型，通过敏感试验，分析在冰盛期冷期和间冰期暖期气候背景下，AMOC对地球岁差变化的响应机理。结果表明：岁差降低引起的北半球夏季太阳辐射增强，会导致间冰期暖期背景下的AMOC显著减弱，但对冰盛期AMOC的影响并不明显。通过进一步分析发现，在间冰期暖期，夏季太阳辐射增强，造成高低纬大西洋海表的升温，同时促进北大西洋高纬度地区的局地降水，两者导致北大西洋表层海水密度降低，共同削弱大西洋深层水生成。而在冰盛期冷期，大西洋高低纬度地区的响应对AMOC的影响反向—副热带升温触发的海盆尺度低压异常，通过其南侧的西风异常削弱大西洋向太平洋的水汽输送，导致净降水增多，海表盐度下降；同时，高纬度升温造成的海冰减少，促进了海洋热丧失，海表失热变重，有利于大西洋深层水的生成，最终两者的共同作用导致AMOC对岁差变化的响应偏弱。本文系统揭示了不同气候背景下，岁差尺度AMOC变化的控制机理，对理解晚更新世AMOC重建记录中持续存在的岁差周期具有重要启示意义。

基于一套涡分辨模式数据，本文利用一种新的泛函工具—多尺度子空间变换—将孟加拉湾（BOB）海域的环流系统分解到背景流（>96 d）、中尺度（24～96 d）和高频尺度（<24 d）3个子空间，并用正则传输理论探讨了3个尺度子空间之间内在的非线性相互作用。结果表明，BOB西北部边界和斯里兰卡岛东部是BOB海域多尺度相互作用最显著的区域，中部则较弱。前两个区域的背景流大多正压、斜压不稳定，动能和有效位能正则传输主要表现为正向级串；后者则以逆尺度动能级串为主。具体来说，在BOB西北部与斯里兰卡东部，中尺度涡动能（EKE）主要来源于正压能量路径（即背景流动能向EKE传输），其次来源于斜压能量路径（即背景流有效位能向中尺度有效位能传输，并进一步转换为EKE）。通过这两个能量路径得到的EKE向更高频的扰动传输能量，起到了耗散中尺度涡的作用。不同于此二者，BOB中部海域的EKE和高频尺度动能主要通过斜压路径获得，随后通过逆尺度级串将动能返还给背景流。苏门答腊岛的西北部也是中尺度和高频尺度扰动较强的海域，正压能量路径和斜压能量路径均是该海域扰动能的来源，但以斜压能量路径为主。

过去的研究认为，黑潮延伸体的年代际振荡受来自其下游的太平洋年代际振荡（PDO）相关联的信号主导，但最近的观测表明这种调控机制在2017年9月之后不再成立。与此同时，黑潮延伸体的上游即日本南部黑潮正在发生一次大弯曲事件。利用26年（1993–2018年）的卫星高度计提供的海表高度距平数据和自组织映射（SOM）方法，本文研究了日本南部黑潮与黑潮延伸体的时空模态及其因果关系。结果表明，SOM能有效地提取两个海区的典型空间模态，且它们的演变轨迹表明当日本南部黑潮处于大弯曲（离岸型非大弯曲）路径时，黑潮延伸体趋于稳定（不稳定）态。基于SOM识别得到的海表面高度距平（SLA）特征区及特征时间模态，我们进一步利用一种最近发展的定量因果分析方法研究了两个流系之间的因果关系。研究发现，当黑潮大弯曲发生时，日本南部黑潮和黑潮延伸体之间存在双向因果，但因果关键区不同。前者对后者的影响集中在纪伊半岛东南侧及黑潮延伸体“两脊一槽”区域，而后者对前者的影响则集中在黑潮延伸体“两脊一槽”区域及黑潮再循环流区域。这说明黑潮大弯曲的发展对黑潮延伸体的稳定性有重要作用，同时黑潮延伸体通过调制南部再循环流影响日本南部黑潮的路径。不同的是，当离岸型非大弯曲路径发生时，只有从日本南部黑潮向黑潮延伸体的单向因果关系，且因果性主要集中在伊豆海脊及再循环流区域。这与该时期海表高度负异常沿日本南岸不断向位于下游的黑潮延伸体再循环流的传播有关，它使得黑潮延伸体变得不稳定。