热带太平洋海面风的年际变化对海平面变化的影响

海平面变化研究的意义在于掌握其变化规律,预测其未来变化及其可能对人类生存生活环境产生的影响。本文使用随机动态和相关分析方法分析卫星高度计资料,结果发现,除了显著的季节信号外,全球海平面存在显著的2～7a的年际周期,相关分析结果显示,这一年际周期跟ENSO密切相关。在太平洋不同纬度海平面对ENSO事件的响应整体上呈现出高纬衰减的变化特征。ENSO期间海平面变化剧烈,在热带太平洋区域,海平面变化受纬向风应力的调制,具有区域特征,海平面的年际变化与赤道流相关达0.6以上,揭示了风主要是通过Ekman作用影响海平面变化。     

东海海平面变化的综合分析

利用1993年1月至2011年12月的卫星高度计数据,研究了东海海平面变化的季节信号、线性趋势和低频信号,并结合风应力资料、Ishii温盐数据和海表面温度数据分析了季节信号和低频信号的驱动机制。东海季节性海平面变化主要由年信号组成,其占海平面变化的大部分;年信号振幅和相位的分布具有明显的区域差异;东海季节性海平面变化主要受海面风和海水热膨胀驱动,而且在不同季节、不同区域,两种驱动机制的作用存在明显差异,主导地位也不断变化;季节信号还受到黑潮的一定影响。1993-2011年间东海海平面线性上升速率为3.28mm/a,各海域海平面上升速率不同。东海海平面变化低频信号与比容海平面变化低频信号具有显著相关性,最大相关系数为0.55;东海比容海平面变化低频信号与SOI低频信号同样具有一定的相关性,最大相关系数为0.3。ENSO通过大气环流和黑潮洋流等对东海海域的比容海平面变化产生影响,比容海平面变化进而对东海年际间海平面变化产生调制作用,因此ENSO可以通过东海年际间比容海平面变化对东海年际间海平面变化产生影响。     

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。     

太平洋海平面变化特征及影响因素分析

采用经验模态分解法对太平洋沿岸验潮站的月平均海平面资料进行处理,结合T/P高度计资料、Church(2004)重构SSH资料、Ishii(2005)月均海温资料,研究太平洋海平面年际、年代际变化以及资料长度内海平面变化趋势。太平洋沿岸海平面总体呈上升趋势,平均上升速率为1.4 mm/a,趋势项分布有明显的区域性和纬度特征。ENSO对太平洋地区海平面年际变化有显著影响,海平面年际变化与Nino3指数在西(东)太平洋为负(正)相关,海平面年际变化与Nino3指数的相关性在热带太平洋最大,并随着纬度升高相关性减弱,且不同地区年际变化有滞后ENSO时间不等的最大相关。海平面年际变化与PDO指数在西(东)太平洋为负(正)相关,海平面与PDO的相关性分布有区域性和随时间演变特征。年代际变化对目前使用卫星高度计资料分析海平面长期趋势项的预测有直接影响,可能完全掩盖海平面长期变化趋势。     

格陵兰岛附近海域海平面变化的初步研究

利用17年5个月的卫星高度计资料,探讨格陵兰岛附近海域海平面的季节变化和年际变化特征,结果表明,该区域海平面变化存在显著的季节信号和年际信号。近20a来,格陵兰岛附近海域海平面的平均上升速率为1.7mm/a,小于全球海平面的平均上升速率。该海域的海平面变化存在很强的区域性,通常多年平均海面高度异常(SSHA)大的海区,海平面上升速率也大;多年平均SSHA低的海区,海平面上升速率则较小。EOF分析表明第一模态为季节模态,整个海域第一空间模态的位相相同,说明该海域海平面的季节变化趋势是相同的。该区域的SSHA与海冰面积指数呈负相关,海平面的季节变化受海冰面积大小的影响显著。SSHA与经向风应力距平的低频分量具有很好的正相关性,与纬向风应力距平的低频分量具有不显著的负相关,说明该海域海平面的年际变化受风应力的影响显著。     

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...     

海南岛近岸滨珊瑚稀土元素的年际变化与海平面等因素的相关性探讨

用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测定了海南岛东部龙湾滨珊瑚1981-1996年稀土元素(rare earth elements, REE)的年际含量.结果表明龙湾珊瑚的REE元素含量呈现明显的年际下降趋势.线性回归显示,在年际的分辨率下,龙湾珊瑚REE同海平面呈显著的负相关关系,相关系数达到 -0.5--0.8.龙湾珊瑚REE含量与降雨量、径流量、海表温度(SST)以及珊瑚自身的生长率和钙化率的相关性不显著.分析表明,当海平面快速上升时,河口附近珊瑚受到来自河流的陆源物质影响减弱,海平面上升是控制该区域珊瑚REE含量年际变化的主导因素.南海是西太平洋最大的半封闭边缘海,通过珊瑚的REE记录,有利于开展海平面的重建工作,增进我们对过去数百年来海平面的变化序列以及全新世时期亚轨道尺度海平面变化的幅度、周期以及变化机制的理解.     

1993—2006年北太平洋海平面变化特征及影响因素

利用1993—2006年间卫星高度计资料分析北太平洋海平面的变化特征,结合同期上层海洋温度、盐度数据以及风应力资料分析比容海平面和风对海平面变化的影响。结果显示:1993—2006年北太平洋上升海域主要位于洋盆西侧中低纬度海域,高纬度海域及大洋东侧的中低纬度海域海平面呈下降趋势;同期比容海平面线性速率的空间分布与海平面相似。整个北太平洋海平面高度平均线性上升速率为2.9 mm/a,比容海平面平均线性上升速率为1.4 mm/a。比容变化对海平面上升趋势的贡献为47.5%。北太平洋海平面的季节变化占绝对优势,主要为1和0.5 a周期,对海平面距平做EOF,其第一和第三模态为季节模态。海平面季节变化的影响因素中,比容变化与海平面有相同的季节变化周期,比容海平面距平EOF的第一和第三模态为季节模态,分别与海平面的第一和第三模态空间分布相似,时间系数相关性好,比容变化在海平面季节特征中起到最主要作用。另一个因素风场主要通过Ekman抽吸和Rossby波的西传影响海平面的分布,其季节特征对海平面的季节特征有影响。北太平洋海平面也具有28个月的年际变化周期,海平面距平EOF第二和第四模态表现出年际变化特征。比容变化也具有28个月的显著周期,其距平场的第二和第四模态为年际变化模态,其中第二模态与海平面第二模态空间分布相似,时间系数相关性很好,海平面年际变化中比容起到重要影响。     

三沙市海域海平面变化

使用1993-2011年的台站和卫星高度计资料详细分析了三沙市海域近19 a的海平面变化特征及规律。结果表明:三沙市周边海域海平面存在明显的季节变化,且区域特征明显。海平面变化除了明显的年和半年周期,2~3 a、4~7 a和准9 a的周期也较显著。海平面长期变化呈现明显的波动上升趋势,且空间分布上区域特征显著,西沙群岛南部海域海平面上升趋势最强,西沙群岛北部与中沙群岛西部次之,南沙群岛东部海平面上升速率较快,南沙群岛西部上升趋势最弱。受大气环流等异常气候事件的影响,1998年和2010年海平面的年际变化波动较大,年变化振幅显著偏高。未来三沙市海平面将继续上升,预计2030年、2050年、2070年和2100年海平面将比常年分别升高约11 cm、20 cm、30 cm和45 cm。     

渤海西部海平面资料均一性订正及变化特征

海平面资料的质量直接影响到海洋与气候分析的准确性,同时也影响了海洋与气候变化监测、检测和预测工作的业 务质量和研究水平的提高。以渤海西部资料序列变动明显的塘沽站（纳入全球海平面观测系统）、建站较短的京唐港和曹妃 甸站为例,从长期趋势、年际和年代际周期波动、季节海平面变化以及与邻近站比较等方面详细介绍了资料序列发生突变的 时间段诊断、变化原因、变动幅度以及订正方式。使用订正完的海平面月均及年均长期资料序列分析了海平面变化的长期趋 势、周期性波动、季节变化特征等,结果能很好地反映出局地区域的海平面变化特征,同时对于研究中国沿海以及西太的海 平面变化及气候变化有着重要的意义。     

Rossby波对菲律宾以东太平洋海平面年际变化的影响研究

采用能够反映斜压大洋对大尺度海表面风应力旋度响应的一层半约化重力模式研究菲律宾以东太平洋海区Rossby波与海平面年际变化的关系.模式分别利用海区东侧验潮站和卫星高度计海表面数据作初始东边界,对Rossby波西传路径上的风应力旋度进行积分,得到西侧海平面信号.结果发现,模拟的海平面信号跟验潮站和卫星高度计资料相关性很高,并能模拟出海平面年际变化特征和低(高)异常信号由东侧产生并向西传播的过程,反映了一阶斜压Rossby波对菲律宾以东太平洋海区年际海平面变化的动力机制.     

中国冬季极端低温事件的多尺度特征

利用1961—2010年中国487站逐日气温资料,以35°N为界分北方区域和南方区域研究中国冬季极端低温事件的多尺度变化特征。研究表明:南、北方区域极端低温站点发生率呈现出准双周的气候季节内振荡,南、北方区域冬季极端低温频数和强度的长期变化一致,均呈减小趋势,频数和强度的趋势变化分别为-0.247d/10a(北方)、-0.352d/10a(南方)和-0.332℃/10a(北方)、-0.467℃/10a(南方),南方区域减小更迅速。北方区域极端低温频数和强度的年际和年代际变化信号强度相当,南方区域则以年际变化为主。进一步研究表明,当极端低温频数的线性趋势由正值变为负值,相应的大气环流由北极涛动负位相变为正位相。对年际变化分量(8a),北方区域极端低温事件偏多时,海平面气压场表现为2波的定常波结构,西伯利亚高压和阿留申低压增强,对流层中层贝加尔湖槽加强;南方区域极端低温事件偏多时,海平面气压表现为偶极子型的1波结构,欧亚大陆和大西洋为正距平,北美大陆和太平洋为负距平,对流层中层东亚大槽加强南伸。对年代际变化分量(≥8a),大气环流形势都表现为北极涛动负位相,南方区域不显著。     

热带太平洋海平面低频变化

本文选取ECMWF ORAS4再分析数据对1959-2015年热带太平洋海平面的低频变化进行了分析。热带太平洋海平面年际变化第一模态反映了ENSO爆发阶段的海平面变化,热带东、西太平洋变化反相,其时间序列与Niño3.4指数高度相关。海平面第二模态则体现了El Niño爆发前后热带太平洋暖水的输运过程。El Niño爆发前热带西太平洋暖水聚集的位置,以及爆发后暖水向赤道外输运的位置在两类El Niño事件中均有所不同。此外,ENSO的周期在近半个世纪发生了显著的年代际变化,这一变化与热带太平洋的年代际变化有关。热带太平洋的年代际变化对海平面趋势变化也有着显著的影响。卫星高度计观测到的近20年海平面的快速上升（下降）正是由20世纪90年代后热带太平洋频繁的位相转换引起的。     

中国近海海平面变化与ENSO的关系

利用中国沿海台站潮位和中国近海及赤道太平洋的卫星测高、海表温度、风及气压资料,分析了中国近海海平面变化与ENSO的关系。分析结果表明:中国沿海海平面季节变化受ENSO影响明显,在厄尔尼诺事件期间,中国沿海海平面Sa分潮的振幅明显减小,其中年振幅的历史极小值均出现厄尔尼诺年,不同区域历史极小值出现的年份不同;另外,中国沿海Sa分潮的振幅对厄尔尼诺事件的响应与其强弱有关,在强事件中,响应区域和幅度较大,弱事件中,响应区域和幅度偏小。在厄尔尼诺年,中国沿海海平面多低于相邻年份,并且其年际变化存在明显的2~3a、4~7a、准9a、11a和准19a的周期,其中4~7a的周期在冬春季节震荡最显著,其震荡幅度接近2cm。中国近海海平面与赤道东太平洋区域的海表温度年际变化之间存在反相关关系,其相关系数为-0.42;同时与Nio4和Nio3.4指数序列也呈现反相关关系。针对典型的1997/1998年尼诺事件发生前后的风场和气压场分析发现,尼诺发生前的冬半年,冬季风偏强,气压梯度加强,中国沿海海平面偏低;到了厄尔尼诺的盛期,出现较强的南风异常,气压梯度反向,季风转向,过渡到了厄尔尼诺事件的衰减期,为拉尼娜事件做准备,此时海平面偏高。     

中国沿海近31年冬季海平面变化特征

利用29个海洋观测站的31年（1980－2010年）水文气象观测资料,分析了中国沿海近31年冬季海平面的时空分布特征与长期变化趋势。结果表明：①中国沿海冬季海平面近31年呈现明显的上升趋势,平均上升速率为3.1 mm/a,高于全年的上升速率,渤海、黄海、东海和南海沿海冬季海平面变化呈现明显的区域特征;②中国沿海冬季海平面存在显著的年际和年代际变化,其主要显著变化周期有准2 a,4～7 a,9 a左右及18.6 a。由于受西太平洋暖池和黑潮与我国近海之间的水体交换影响,东中国海4～7 a的周期明显,其振幅最高,并且其周期性震荡的高位时期与赤道西太平洋暖池区的厄尔尼诺发生期间相吻合;③以浙江坎门（121°17′E , 28°05′N）为界,中国沿海冬季海平面还呈现出南北变化反相的跷跷板特征,该现象反映了中国沿海冬季海平面的气候性特征。受季风、海流、气压以及降水等因素的影响,冬季海平面的变化区域特征明显;④近31年, 中国沿海冬季气温、海温与海平面均呈显著上升趋势,上升幅度分别为1.8 ℃、1.4 ℃和135 mm,高于全年上升幅度。     

基于卫星高度计数据的南海海平面时空变化特征分析

本文利用卫星高度计数据,采用多种方法对1993—2017年中国南海海平面高度异常(Sea Level Anomaly,SLA)的空间分布和时间变化进行分析,主要采取的方法有线性回归、Winters指数平滑法、经验模态分解(Empirical Modal Decomposition,EMD)和经验正交函数(Empirical Orthogonal Function,EOF)。通过研究发现,南海大部分海域的多年平均SLA为正值,只有很少一部分海域出现负值(菲律宾群岛中部海域),并且南海的平均SLA有明显的季节性变化。利用线性回归的方法,发现1993—2017年的南海海平面总体呈现上升趋势。利用EMD分析法发现南海有明显的年际和年代际变化。研究结果表明:中国南海海平面高度呈不断上升的趋势,具有明显的季节和年际变化周期,且ENSO对中国南海海平面的作用不可忽视。     

基于卫星测高资料的班达海海平面季节及年际变化研究

本文基于法国空间局AVISO提供的格点化绝对动力地形(MADT:maps of absolute dynamic topography)资料,分析了1993年1月—2013年12月班达海(Banda Sea)海平面的季节和年际变化特征。班达海海面高度的季节变化主要表现为12月到翌年4月西北季风盛行时较高,7月到10月东南季风盛行时较低,全年变化幅度为16.5cm;班达海东部近阿拉弗拉海(Arafuru Sea)与西南部近弗洛勒斯海(Flores Sea)海平面随季风转换表现出"跷跷板"形态。海平面的变化受比容海平面变化和海水质量变化共同调制,其中比容海面高度季节变化振幅为14cm左右,约占海平面变化的84%,并且班达海比容海平面的季节性空间分布与总体海平面具有明显的一致性,因此比容海平面的变化是造成班达海海平面季节变化的主要原因;而风生Ekman流引起的海水堆积会影响班达海东北部的海平面高度。年际尺度上,班达海海平面与ENSO事件密切相关,月平均海面高度异常EOF分解第一模态方差贡献率高达96%,第一模态时间序列(PC1)滞后Ni?o3.4指数1个月左右时相关系数达到–0.76,远超过95%置信度水平;相比之下,IOD事件对班达海海平面的影响较小,PC1与印度洋偶极子指数(DMI)之间的最大相关系数仅为–0.3,低于95%置信度水平。并且月平均比容海平面异常和动力地形异常之间的差异在ENSO事件期间显著增大,表明ENSO事件引起的平流输送在班达海海平面高度年际变化中起到重要作用。     

福建近海海平面变化研究

利用福建沿海几个主要验潮站数据与法国空间局(CNES)AVISO多卫星融合资料分析了福建近海及其周边海域海平面的时、空变化特征及主要模态,并简要分析福建近海海平面变化趋势.得到如下结论:近54a(1960~2013年)福建沿海相对海平面上升约2 mm/a,福建沿海海平面变化存在显著的季节变化和2~3a及6~8a的年际变化特征,这与ENSO和长周期天文分潮的变化周期较为吻合;对比同期卫星高度计资料和潮位站资料(1993~2012年)发现,卫星高度计与潮位站分析结果基本一致;卫星高度计和潮位站分析结果表明,福建沿海区域海平面近20a平均线性变化趋势约为4 mm/a.     

近40年珠江流量变化对河口区海平面变化的影响

根据珠江流域代表性观测站的实测径流量资料及口门区验潮站潮位资料,采用气候分析方法,分析近４０年（１９５５－１９９４）珠江流量对口门区海平面变化的影响,表明流量明显影响着海平面的年内变化和年际变化。     

中国海和泰国湾海域海平面的经向涛动

卫星高度计遥感海面高度距平资料(1992-2012年)的分析结果证实中国海(渤、黄、东海及南海)和泰国湾作为一个半封闭的狭长水域,其海平面存在显著的南北经向涛动。涛动呈现明显的季节性,冬季南高北低,夏季北高南低,以渤海和泰国湾的海平面高差作为涛动的测度,其多年平均波动幅度达63cm,较差超过80cm。时间序列分析显示,在季节尺度上这一涛动几乎完全受东亚季风的支配,表明东亚季风的局地强迫是造成季节涛动的主要原因。进一步的分析发现,除季节波动之外研究海域海平面的经向涛动还存在明显的年际变化。不过,与季节尺度的波动有所不同,经向涛动的年际变化不仅是东亚季风区局地作用的结果,而且与太平洋海盆尺度的大气强迫有关,其作用与季风在同一数量级。涛动的年际变化大致滞后各气候因子两个月。采用多输入线性模型做偏相关分析筛选的结果显示,除东亚季风指数之外,研究海域的海平面涛动指数主要与太平洋的南方涛动指数(SOI)和西太平洋遥相关指数(WP)相关。这表明外部强迫既来自热带,也来自中纬度。南方涛动所导致的赤道海域海平面的东西向年际涛动,以及中纬度西风急流年际波动对西北太平洋海平面的作用,都有可能导致研究海域海平面经向涛动的年际变化,其机制有待进一步探讨。