春季赤道外北太平洋上层流场异常的统计动力诊断

采用复EOF分析方法,对春季赤道外的北太平洋海域的上层流场异常做了统计动力诊断,得到以下主要结论:赤道外北太平洋海域上层流场的明显异常主要发生在日本本州岛以东、以南范围不大的关键区内;异常的第一、二模态分别表现为东东北至西西南走向的涡旋偶和涡旋列。该两模态时间系数的辐角均分别有两个状态,相应的偏差流场则分别与其空间场相同或相反;其模的大小决定了其偏差流场偏离以上两个状态的程度;该两模态的时间系数均有非常明显的20年左右的年代际变化。该两模态均反映了黑潮延伸体以南回流漩涡的异常;其性质是海洋Rossby波的异常。     

黑潮末端与黑潮延伸体海域海表流场EOF分析研究

利用17 a的流场资料,分析黑潮末端与黑潮延伸体海域流场的年际变化特征。通过复经验正交函数对流场数据的分析,可发现该海域流场存在准两年的周期变化,同时该海域流场存在对ENSO现象的响应;通过经验正交函数对流场流速大小数据的分析,证实该海域流场存在准两年的周期变化,同时流速大小异常场的经验正交函数分析第二模态可反映黑潮流轴大弯曲现象,北太平洋涛动信号也在第一和第三模态中有所体现。     

热带太平洋上层洋流异常的复EOF分析

采用复EOF分析方法,对全年热带太平洋海域的上层洋流异常做了统计动力诊断,主要结论有:热带太平洋上层洋流异常复EOF分解第一、二模态的空间场均为赤道所俘获,并在赤道南北方向均呈迅速衰减的态势,其表现为赤道陷波的形式。第一、二模态时间系数为复数,其辐角均集中在两个状态,其模则表示了流场异常的大小。该时间系数均有年际变化和年代际变化,其年际变化的周期均与ENSO相同;在冬季,其年代际变化周期分别与北太平洋主要气候模态PDO和NPGO,以及热带外北太平洋流场异常复EOF分解前两模态的周期相同或相近,这反映了热带与中纬度各大气、海洋系统之间的相互耦合。由各模态流场异常可得相应的垂直运动异常,从而可估计SSTA的动力变化;第一模态在赤道东、西太平洋处呈现东西向的跷跷板变化;第二模态则在西太平洋赤道上以及其北侧的西太平洋暖池处,呈现南北向的跷跷板变化。第一模态的性质为海洋赤道Kelvin波的异常,可称之为ENSO的主要模态;第二模态的性质为海洋混合Rossby-重力惯性波的异常,可称之为ENSO的次要模态。     

黑潮延伸体区海平面异常和中尺度涡的时空特征分析

利用1993-2010年间的卫星高度计资料,用EOF方法及小波分析研究了黑潮延伸体区域的海平面异常和中尺度涡的时空变化特征.研究结果表明:海平面EOF第一模态是季节模态,与该海域风应力旋度第一模态类似,相关系数达0.65.EOF第二模态主要反映了黑潮南部次级环流的变化情况,显著性周期是8-10年.通过相关分析发现黑潮延伸体南部次级环流的年代际变化与PDO有关,同时它又与风应力旋度第二模态有关;该海域的海面高度受到北太平洋东部SSH信号西传的影响,信号的传播需要大约3-4年时间.EOF第三模态是黑潮弯曲模态.日本南部的气旋涡和反气旋涡可以表征黑潮弯曲的形成,而且弯曲强度和涡的持续时间、强度和位置有关.     

黑潮跨陆架入侵东海年际变化的数值模拟

为了研究黑潮跨过200m等深线对东海入侵的年际变化特征,本文基于ROMS(Regional Ocean Modeling System)海洋模式,对西北太平洋海域进行了高分辨率的数值模拟,模式水平分辨率高达4km,该分辨率可以很好地分辨黑潮以东区域的中尺度涡旋等过程。模式首先进行了6年的气候态模拟,然后进行了1993到2015年的后报模拟。模式很好地再现了东海陆架已知的环流结构,模拟出的对马海峡和台湾海峡的年平均流量和观测结果也比较一致。基于模式结果,利用旋转经验正交函数(REOF)的方法,对黑潮跨过200m等深线流量的年际变化进行分析。REOF的主要模态表明,黑潮跨过200m等深线对东海陆架的入侵主要发生台湾东北,并且入侵主要集中在黑潮次表层水中。主要模态的时间系数表明,黑潮入侵东海陆架的年平均流量存在一个8年的变化周期。相关性分析表明,黑潮入侵东海陆架的年际变化和太平洋年代际振荡PDO(Pacific Decadal Oscillation)指标具有显著的负相关,其相关系数达–0.63。该相关可以通过如下过程解释:PDO会导致东太平洋风应力涡度异常,由Sverdrup关系可知向赤道的体积输运也会相应地产生异常,根据质量守恒,向赤道体积输运的异常必然通过西边界流-黑潮的异常来平衡,从而导致黑潮入侵东海陆架强烈的年际变化。     

太平洋海气界面净热通量的季节、年际和年代际变化

根据 COADS资料 ,使用经验正交分解 (EOF)等分析方法 ,研究了北太平洋海气热通量的季节、年际和年代际变化特征。分析结果表明 :北太平洋海洋夏季净得热 ,冬季净失热 ,且黑潮及其延伸体区失热最大。净热通量年际变化较明显 ,北太平洋西部模态水形成区冬季净热通量和副热带失热区春季净热通量的年际变化都主要依赖于潜热和感热通量的年际变化。夏季净热通量的低频变化中心在热带 ,冬季低频变化中心在黑潮及其延伸体区。冬季赤道东、西太平洋净热通量异常的年际变化相反 ;在热带北太平洋中部年际变化达到最大。夏季热带太平洋是净热通量异常的年际变化最大的海域 ,沿赤道两侧在 16 5°E处呈偶极子型分布。     

热带太平洋5月份海气联合动力统计诊断

利用复EOF分析,将热带太平洋5月份的大气风场和海洋上层流场看作1个整体,对其作了动力统计诊断,用以揭示热带太平洋5月份大气、海洋环流异常与长江流域梅雨丰欠的关系并考察其年际和年代际变化.诊断结果表明:在同一EOF模态中,大气部分和海洋部分的结构有很大不同,海洋模态表现出较强的赤道陷波特征;在南、北纬5°之外,海洋流场已大幅衰减掉了,而大气风场该现象不明显.EOF第1模态模的时间系数振幅从1994年起增大趋势明显,这表明气候变化剧烈程度在加大;前2个EOF模态的时间系数均具有明显的年际和年代际变化.EOF第1模态为长江流域梅雨丰欠异常模态,大气存在经圈环流异常.EOF第2模态为ENSO模态,大气存在纬圈环流异常.黑潮因处5°N以北,已离开赤道,故其流速虽大,但流场偏差则很小,即其流速异常不明显.     

北太平洋风应力与流场联合EOF的主模态分析

采用了SODA资料,将海面风应力场与大洋各层流场看作一个整体做了赤道外北太平洋风应力和流场异常的联合EOF分析,此时风应力场与各层流场有相同的时间系数,这样就可揭示海气耦合的结构和演变,这是该方法的特点和优点。得到的主要结论有:诊断得到的主模态的风应力异常体现了北太平洋大气活动中心的异常,两者关系密切;在冬、春、秋三季均表征为阿留申低压的异常,在夏季则表征为副热带高压的异常。该主模态的风应力和流场异常均是PDO模态在其上的体现,且前者处海气相互作用中矛盾的主要方面,后者处次要方面,前者起着主动作用,后者则处被动状态。主模态在四季均有明显的年际变化和年代际变化;对北太平洋风场和上层流场而言,年际变化反映了ENSO的影响,而约20a的年代际变化则反映了太平洋年代际振荡(PDO)的影响。主模态中北太平洋海盆尺度的风应力异常、大洋环流异常和上层海温的动力异常这三者具有紧密的联系,这三者的连锁作用则造成了北太平洋SSTA的PDO模态;而在此大洋环流异常则起着关键中介作用。主模态的风应力异常与黑潮系统流场的异常有紧密联系;对于明显的正(负)异常,冬、夏两季135°E以东的黑潮都偏强(弱),黑潮续流则偏弱(强);对于黑潮以南的回流涡旋,冬季则偏强(弱),夏季则偏弱(强);而ENSO和PDO对黑潮流场系统的异常均有明显影响。     

黑潮流域的环流数值研究

黑潮是北太平洋副热带环流系统的西边界强流.它由北赤道流向北流动的一个分支延续而来,其源地位于台湾东南海域,黑潮流经台湾东岸、东海和日本二的南岸及东岸,直至本州姚子外方,才延伸为黑潮延续体.北太平洋副热带流域的显著特征之一,是其西边界附近存在大量海脊和岛屿.     

黑潮延伸体海域海平面年际变化及其与海流的关系

利用黑潮延伸体海域海平面异常(SLA)数据和SODA海流资料,分析海平面和海流的年际变化特征,以及两者之间的关系。分析发现黑潮延伸体SLA的第二模态是黑潮大弯曲模态,存在29个月的准两年显著振荡。该海域海平面具有显著的年际变化,且与ENSO和PDO密切相关,2002-2004年的黑潮大弯曲期间,海平面与Nino3指数的相关系数为0.74。海平面年际变化和海流关系密切,黑潮延伸体主轴两侧海平面具有显著的季节和年际变化,急流呈大弯曲路径(1993-1996、2002-2004)时,流轴稳定流速大,流轴影响深,急流主轴南侧海平面较高,达到年际变化的最大值,主轴两侧海面高度梯度大。非弯曲期间,急流主轴南压,海流强度减弱,此期间海平面低,主轴两侧海面高度梯度较小。黑潮延伸体上游区海平面变化受黑潮大弯曲影响更为显著。上下游区的海平面和比容海平面的年际变化较为相似,黑潮延伸体海域海流和比容效应共同调控该区域海平面变化。     

黑潮延伸体海域海平面变化及其与比容变化的关系

使用AVISO高度计海面高度异常、SODA的温、盐和混合层深度资料,研究黑潮延伸体(KE)海域海平面变化及其与海水比容变化的关系.1993-2007年KE上游区海平面上升,而比容海平面则微弱下降;两者均具有年代际和年际变化,在年际尺度上的差异显著.KE下游区海平面年代际变化明显,而比容海平面表现出显著的年际变化特征.海...     

春季东海黑潮海表温度与风场的年代际变化特征

利用高分辨率遥感海表温度和海表面风场数据,通过经验正交分解(EOF)和合成分析等方法对春季(3—5月)东海黑潮海温暖舌和海表面风场的年代际变化特征进行分析。结果表明:春季黑潮海温暖舌存在明显的年代际变化特征,在1996/1997年发生由弱到强的位相转换,该年代际变化主要受到北太平洋涡旋振荡(NPGO)的调制。进一步研究表明,与气候态相反,春季黑潮海表温度和风场散度在年代际尺度上表现出显著的负相关关系,合成分析表明,该现象主要是由黑潮西侧东海陆架海域海温的异常增暖所造成。     

关于黑潮延伸体海域水体的三维热结构时-空变化特征研究

基于西北太平洋Argo数据资料,利用参数化方法,从Argo温盐剖面数据中提取出一系列特征动力参数,定量分析黑潮延伸体海域水体的三维热结构的时-空变化特征、季节变化特征及其与地形和环流的关系。结果表明:黑潮延伸体海域水体的海表面温度存在着明显的冬春弱,夏秋强的季节变化特征,冬季平均海表面温度为15℃,夏季则达到了27℃;混合层深度在春季和夏季都较深,在180 m左右,秋冬较浅,在17 m左右,在水平方向上混合层深度有较强的梯度;温跃层春、夏、秋、冬4季的平均温度表现出明显的南北差异,夏季南部海域平均温度为14℃左右,北部海域较低为5℃左右;季节性温跃层深度大约在100 m左右;黑潮延伸体海域水体的温跃层底部最大深度在800 m左右;黑潮延伸体主体海域中心位置冬天在36°N左右,夏天大约移到34°N。     

热带太平洋10月份海气联合复EOF分析

利用复EOF分析,将热带太平洋10月份的大气环流风场和大洋上层环流场作为一个整体,对其作了动力统计诊断,用以考察热带太平洋10月份大气大洋耦合环流的年际和年代际变化,并揭示其与厄尔尼诺和南方涛动(ENSO)的关系。结果表明:在同一模态中,海洋模态表现出很强的赤道陷度特征,而大气风场则无此现象;第一模态与ENSO循环有密切关系,揭示了Walker环流异常;第一模态的垂直运动风场反映了热带太平洋赤道辐合带和南太平洋辐合带上垂直运动的异常;第二模态偏差风场的经向分量大于第一模态,反映了Hadley环流的异常;第二模态与ENSO循环有联系,但关系不如第一模态那样密切。     

黑潮输送的异常及其与大尺度海气相互作用的关系

以128.5°E为界,沿27°N,北太平洋西边界流输送可以分成呈明显负相关的东、西2段。西段(即黑潮)主要参与副热带环流(STG)和经向环流(STC);东段主要参与日本东南的反气旋式涡旋再回流。从气候态来看,西段输送在7、8月份最大,3月份次大;东段输送在6—8月份最小,其它月份比较接近;整体结果表现为全年有2个接近的极大值,分别是3、4月份和7、8月份。从年序列来看,西段输送在20世纪70年代后期有一次明显的突变;而东段在1955年突然减小,在1963年突然增大。小波分析表明,东、西两段的振荡周期都随时间变化。西段输送时间序列的20a左右周期振荡在1976年以前非常明显,9a左右周期振荡在1985年以后比较显著;东段输送的13a左右周期在1976年以前显著,1985年以后的主要振荡周期从7a逐渐减小到3a左右。奇异谱分析表明,西段输送的年代际变化占总方差的45%,年际变化占总方差的13.6%;东段输送的年代际变化占总方差的24.3%,年际变化占总方差的32.3%。黑潮输送异常和太平洋年代际振荡(PDO)及ENSO有着非常密切的关系。在年代际尺度上,一个可能的过程是,PDO超前于黑潮输送异常;异常的黑潮输送通过改变北太平洋中部的SST梯度引起的海气相互作用过程而调制ENSO的变化。在年际尺度上,黑潮输送异常滞后于PDO和ENSO变化,且呈负相关。     

黑潮延伸体区域脱落涡旋的时空特征分析

本文利用1993-2015年AVISO卫星高度计融合数据，统计分析了从黑潮延伸体流轴脱落涡旋的空间分布特征、运动属性以及季节、年际和类年代际变化。研究结果表明，23年间共追踪到242个气旋涡，276个反气旋涡，脱落的涡旋主要分布在沙茨基海隆以西区域。从脱落涡旋的源地空间分布来看，气旋涡的形成区域有两个高值区，一个位于黑潮延伸体流轴稳定弯曲处，即144°~146°E之间的上游区域；另一个位于沙茨基海隆西侧156°E处。而反气旋涡的形成区域也有两个高值区，一个位于沙茨基海隆以西的下游区域，另一个位于148°E处。这些在上游和下游脱落的涡旋大多向西移动，其中有88%的涡旋再次被流轴吸收。脱落涡旋的数量显示出了明显的年际和类年代际变化。在流轴的上下游区域，类年代际和年际变化分别占主导地位。并且在上游区域，脱落涡旋的类年代际变化与黑潮延伸体的强度呈负相关。在季节变化上，夏季脱落形成的涡旋最多，冬季最少。     

ENSO相联系的热带太平洋上层海洋异常环流

本文使用SODA(simple ocean data assimilation)海洋同化资料,系统分析了厄尔尼诺-南方涛动(El Ni?o-Southern Oscillation,ENSO)循环中冷暖位相期间热带太平洋上层海洋环流的演变规律,探讨了形成海洋环流异常的新机制。结果表明,在厄尔尼诺成熟期,热带中东太平洋赤道潜流最弱,赤道两侧出现反气旋性环流异常;西太平洋赤道外热带海域出现气旋性环流异常,该区南、北赤道流、棉兰老流、黑潮、新几内亚沿岸潜流及南赤道逆流增强;北赤道逆流区出现异常气旋性环流串,北赤道逆流接近正常。在厄尔尼诺衰退期和拉尼娜发展期,热带中西太平洋赤道潜流达到极强,赤道两侧出现气旋性环流异常;西太平洋赤道外热带海域异常环流减弱,该处主要流场的强度减弱或处于正常状态;北赤道逆流区反转为异常西向流。结果表明, ENSO循环期间的上层海洋环流异常受到热带太平洋温跃层深度异常产生的压强梯度力异常调控,在赤道外热带海洋温跃层深度异常和科里奥利力共同作用产生大尺度海洋环流异常,而在赤道海域,海洋温跃层深度异常和Gill效应造成赤道潜流异常以及关于赤道对称的气旋或反气旋性环流异常。     

冬季黑潮延伸体区域涡旋尺度海面温度季节内变化特征

利用ERA_interim再分析资料以及OISST高分辨率海面温度(Sea surface temperature,SST)卫星观测数据,通过小波分析、二维模态相关(Pattern correlation)等方法系统地分析了黑潮延伸体区域涡旋尺度SST信号的季节内变化特征。发现涡旋尺度SST季节内变化信号在冬季最强、夏季最弱。该信号主要分布在黑潮-亲潮海洋锋面区域,在日本沿岸振幅最强、并沿黑潮、亲潮锋面向东延伸,其标准差高达1℃,是该海域冬季SST的重要变化信号。涡旋尺度SST的季节内变化周期以40～100 d周期为主,会引起大气边界层的响应,激发海气界面湍流热通量、海面气温、边界层高度等同位相的季节内变化。在该区域涡旋信号较强个数较多的时间段SST异常的季节内变化信号更明显,边界层大气与涡旋尺度SST季节内变化信号的相关程度更大。     

黑潮延伸体海域次中尺度过程的季节变化研究

近年来的现场观测和理论研究发现, 次中尺度现象广泛存在于上层海洋, 其产生与锋生作用及混合层斜压不稳定存在密切联系。本文利用高分辨率的数值模拟结果并结合动力学及能量诊断分析, 对黑潮延伸体海域次中尺度过程的季节变化进行了探讨。探讨结果表明, 黑潮延伸体海域次中尺度过程具有冬季最强, 春季和秋季次之, 夏季最弱的显著季节变化特征。基于冬、夏季次中尺度能量源的诊断可以看到, 这些季节变化特征主要与上层海洋的斜压不稳定和锋生作用有关。冬季, 黑潮延伸体海域的中尺度能量较弱, 但次中尺度过程在季节尺度上表现最为活跃, 这主要与混合层斜压不稳定的作用有关; 夏季, 黑潮延伸体海域的混合层较浅, 次中尺度过程较弱, 但中尺度涡旋活跃, 中尺度流场变形引起的锋生作用对夏季次中尺度现象的产生具有重要影响。在次中尺度能量的季节变化方面, 冬季次中尺度过程从中尺度过程汲取能量的速率远高于夏季, 这是冬季次中尺度过程比夏季更为活跃的主要原因。本文研究结果有助于加深对黑潮延伸体海域次中尺度过程季节性变化及其动力机制的理解。     

基于Argo浮标的北太平洋中层环流时空特征研究

本文使用Argo浮标的轨迹数据,通过拟合和外推订正表面轨迹等方法获得漂流深度的速度,从而得到了北太平洋中层1 000 dbar深度的环流空间结构和时间特征。分析显示,在东北太平洋盆地存在较弱的气旋式环流,阿留申岛弧南坡有强劲的阿拉斯加流转入白令海或进入亲潮区,黑潮延伸体仍是较强的东向流系统,有丰富的中尺度涡旋。低纬度(小于20°N)中层流场的特点是纬向流场呈条带状分布,共存在5条东向射流(NICC、sNSCC和三核结构的NEUC),其时间变化特征较为复杂,有些特征与先前研究存在差异。低纬度的赤道太平洋在季节尺度上更加易变,这种季节性异常与年周期的罗斯贝波有关。