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。     

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。     

“21世纪海上丝绸之路”风能资源时空变化评估

利用1979—2021 年的 ERA5 再分析资料,采用经验正交函数分解法、Mann-Kendall 趋势检验法等统计方法,对“21 世纪海上丝绸之路”相关海区的海表风场与风能密度的空间分布特征、季节变化特征以及长期变化趋势进行分析。结果表明：(1)研究海域风能密度在不同季节表现出很大的空间差异,夏季的阿拉伯海和孟加拉湾,冬季的中国南海,以及全年的热带南印度洋风能资源都极为丰富。(2)研究时段内,中国南海北部及附近海域、阿拉伯海西部、孟加拉湾西部以及热带西北印度洋风能密度等级整体较高。(3)研究海域的风能密度以年变化特征为主,其中中国南海风能密度的季节变幅最大且在春、秋两季表现出明显的转换特征。(4)在研究海区中,结合水深条件与风能密度时空变化特征的评估结果,可以重点关注台湾海峡、吕宋海峡、中南半岛东南沿海、阿拉伯海西部近岸海域及热带西北印度洋近岸大陆架海域风能资源的开发利用,加强其他海域风能资源的储备。此研究可为“21 世纪海上丝绸之路”风能资源的中长期开发规划提供依据。     

利用GRACE时变重力场反演大尺度全球海底压强变化

海底压强变化对研究海洋环流、全球能量平衡、陆海水循环、气候模型等有着重要意义。对利用GRACE时变重力场数据反演全球海底压强变化的方法进行了研究,并采用GRACE卫星Level-2数据的GSM和GAD数据反演了2010年全球海底压强变化,反演结果表明:利用GRACE时变重力场数据能够反演出大尺度的全球海底压强变化,海底压强变化呈现明显的季节性变化,在沿海岸线区域受陆地水文反演信号泄露影响海底压强变化较大。     

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。     

基于再分析数据的黄岩岛及邻近海域气象条件分析

采用美国NCEP-CFSR数据库资料,提取了1979—2010年的海平面大气要素场,在中国南海区域(0°～25°N、105°～125°E)和黄岩岛附近点(15°N、118°E),按日、月、年统计了32 a间海平面气压、海面2 m气温、海面2 m相对湿度、海面10 m风场基本气象要素特征。分析发现:黄岩岛及邻近中国南海区域属于赤道带、热带海洋性季风气候,其气候特征是:(1)海平面气压呈北高南低、冬季高夏季低的分布形势;黄岩岛日平均海平面气压冬季约为1 012 hPa,其他季节约为1 008 hPa,年平均海平面气压变化具有准5 a的周期;(2)全年平均气温较高,分布呈现北低南高,大陆低海面高,冬季低夏季高的特点;黄岩岛海面2 m气温日变化较小,年平均值约为27～28℃,年际变化上具有整体增加的趋势;(3)全年相对湿度较大,基本在60%以上,随季节变化明显,冬季较小,夏季较大;黄岩岛日平均相对湿度为80%,总体也具有略微增大的年际变化趋势;(4)受季风影响明显,冬季盛行东北季风,平均风速约为10～12 m/s,夏季盛行西南季风,平均风速约为4～8 m/s;黄岩岛海面风速的变化具有2.5～5 a的变化周期,年平均风速在5.3 m/s上下波动。     

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。     

南海海平面季节变化机制的研究

利用Ssalto/Duacs卫星高度计的融合数据和英国气象局哈德利中心的EN4.2.1版本的数据产品,结合1.5层约化重力模式,研究了南海海平面季节变化规律及其影响机制。南海海平面季节变化特征显著,在冬季和夏季、春季和秋季呈现出相反的变化特征。南海区域平均海平面最高值出现在11月,最低值出现在6月,海平面变化年振幅约为10 cm。海平面季节变化信号能够解释南海西北和西南大陆架海域月平均海平面变化的70%～95%,而对南海内区及东部海域的解释方差较小,为20%～60%。南海海平面季节变化主要受比容效应和风应力强迫的动力海平面变化的影响,比容效应是南海东北部海域海平面变化的主要原因,能解释海平面季节变化的50%以上;风应力强迫只对南海中部海域的海平面季节变化起主导作用,其解释方差为50%～80%。导致南海中部海域海平面变化的风应力强迫包括热带太平洋风强迫和南海局地风强迫两部分。     

黄河三角洲侵蚀性岸段水下岸坡地质灾害及其空间分布

黄河的高含沙量和尾闾的频繁摆动,形成了独具特色的黄河三角洲。利用精密的测深仪,高分辨率的浅地层剖面仪和侧扫声纳等设备同步扫测所获取的记录,研究了黄河三角洲侵蚀性岸段水下岸坡的地质灾害及其空间分布特征。探测研究表明,研究区发育的地质灾害主要有冲蚀构造、凹坑与洼地、海底滑坡、海底刺穿、不均匀地层(切蚀-填充构造、声学透明层)、埋藏冲沟和古河道。地质灾害在空间分布上呈现平行岸线的带状分布,按水深可划分为3个区域。6 m水深以浅区域,主要发育冲蚀构造,且冲沟、边缘陡坎和蚀余构造相间分布。6~14 m水深区域,主要发育凹坑与洼地、海底滑坡、海底刺穿和分布广泛的声学透明层。14 m水深以外区域,主要发育埋藏冲沟和古河道,其形成主要与海平面上升有关。     

全球变暖背景下南海动力海平面变化

由于分辨率不足等原因,当前大部分全球耦合气候模式对南海等海洋区域的模拟能力仍然较低。本文基于超高分辨率（Ultra high-resolution） CESM-UHR耦合模式（大气和海洋水平分辨率分别达到约25 km和约10 km）研究了南海动力海平面对全球变暖的响应。研究发现：（1） CESM-UHR能够较好地模拟出南海冬、夏季节性动力海面高度和表层环流变化;（2）在四倍二氧化碳试验下,冬季南海动力海平面变化呈现出中部低、近岸高的分布特征;夏季则呈现出西北部低、东南部高的分布特征,分别对应冬、夏表层地转流增强趋势;（3）冬、夏动力海平面变化特征与风应力旋度变化具有很好的对应关系;（4）全球变暖下南海海平面变化存在季节循环放大效应,这将增大南海极端水位灾害风险。     

Dynamics of seasonal and interannual variability of the ocean bottom pressure in the Southern Ocean

Seasonal and interannual variability of ocean bottom pressure(OBP) in the Southern Ocean was investigated using Gravity Recovery and Climate Experiment(GRACE) data and a Pressure Coordinate Ocean Model(PCOM)based on mass conservation. By comparing OBP, steric sea level, and sea level, it is found that at high latitudes the OBP variability dominates the sea level variability at seasonal-to-decadal time scales. The diagnostic OBP based on barotropic vorticity equation has a good correlation with t...     

赤道印度洋上层环流辐合辐散的年际变异成因分析

印度洋上层海气相互作用对印度洋和太平洋气候系统有重要影响。目前针对印度洋气候态环流特征已有较为全面的研究,但针对印度洋环流的年际变化及其季节性差异的特征分析和具体作用机制,仍缺乏深入的研究。本文利用1979—2007年Simple Ocean Data Assimilation(SODA)再分析资料研究了赤道印度洋表层辐合辐散的年际变异及其季节依赖性。结果表明,以赤道为中心,印度洋上层异常海流,在经向上形成显著的辐合(辐散)现象,究其原因主要是赤道纬向风异常形成的Ekman流所导致。进一步分析表明,热带印度洋异常纬向风的成因与太平洋-印度洋的热力强迫过程作用有关,并且不同的热力强迫过程呈现出显著的季节差异性。此热力强迫过程,具体可分为3种类型:第一类是太平洋纬向海表热力差异的遥强迫作用,主要发生在冬末春初,热带太平洋的纬向热力差异通过调节Walker环流,在印度洋激发出一个异常的次级环流,对应的大气低层形成纬向风异常;第二类是东-西印度洋海表热力差异的局地强迫作用导致的局地环流,使赤道印度洋上空形成纬向风异常,此过程在春末夏初较为显著;第三类是太平洋-印度洋热力差协同作用的结果,使赤道印度洋盛行异常的纬向风,此过程在秋季起主导作用。     

热带印度洋上层水温的年循环特征

通过分析多年气候月平均的Levitus水温资料,结合多年气候月平均海表面风场资料以及观测的热带印度洋上层海流的分布状况,探讨热带印度洋上层水温的时空分布特征,剖析了热带印度洋混合层深度及印度洋暖水的季节变化规律。分析表明：热带印度洋的海表面温度低值区始终位于大洋的南部,而高值区呈现明显的季节变化,冬季位于赤道附近,在夏季则处于大洋的东北部;在热带印度洋的中西部、赤道偏南海域的次表层终年存在一冷心结构;热带印度洋表面风场的季节变化是影响该海域混合层深度季节性变化的主要因素;印度洋暖水在冬、春季范围较大,与西太平洋暖池相连,而在夏、秋季范围较小,并与西太平洋暖池分开。     

Ocean variability along the southern coast of Java and Lesser Sunda Islands

The sea surface height data from 1992 through 2012 in the Eastern Indian Ocean, the 6 sets of hydrographic data sparsely spanning 1990–2001 in water south of Java–Bali, and the 24 shipboard acoustic Doppler current profiler (ADCP) data across the Ombai Strait during 1997–2000 were used as a combined dataset to understand sea level and current variability along the southern coast of Java and Lesser Sunda Islands. The first two dominant empirical orthogonal function (EOF) modes capture combined seasonal with interannual and seasonal variability that account for 44.5 and 19.9 % of the total variances caused by El Niño Southern Oscillation and Indian Ocean Dipole events, and by the seasonal change of the Asian monsoon, respectively. The geostrophic current and ADCP data show that the eastward and westward currents are distinguishable via the vertical profiles of current velocity. The eastward-flowing South Java Current (SJC) is characterized by a large vertical shear and shallower diminishing depth of about 150 m and it is increased to 300 m in the presence of the Indian Ocean Kelvin Waves (IOKWs). In contrast, the westward current is dominated by the Indonesian Throughflow (ITF) with no vertical shear and has uniform current in the upper 300 m layer. The coastally trapped SJC and IOKWs are responsible for the eastward current. The SJC is not observed in the westward current because of non-existence of coastally trapped modes. The ITF and SJC generate persistent cyclonic (cold) and anticyclonic (warm) mesoscale eddies, respectively, in waters south of eastern Java.     

Upper ocean high resolution regional modeling of the Arabian Sea and Bay of Bengal

In this paper, effort is made to demonstrate the quality of high-resolution regional ocean circulation model in realistically simulating the circulation and variability properties of the northern Indian Ocean(10°S–25°N,45°–100°E) covering the Arabian Sea(AS) and Bay of Bengal(BoB). The model run using the open boundary conditions is carried out at 10 km horizontal resolution and highest vertical resolution of 2 m in the upper ocean.The surface and sub-surface structure of hydrographic variables(temperature and salinity) and currents is compared against the observations during 1998–2014(17 years). In particular, the seasonal variability of the sea surface temperature, sea surface salinity, and surface currents over the model domain is studied. The highresolution model's ability in correct estimation of the spatio-temporal mixed layer depth(MLD) variability of the AS and BoB is also shown. The lowest MLD values are observed during spring(March-April-May) and highest during winter(December-January-February) seasons. The maximum MLD in the AS(BoB) during December to February reaches 150 m (67 m). On the other hand, the minimum MLD in these regions during March-April-May becomes as low as 11–12 m. The influence of wind stress, net heat flux and freshwater flux on the seasonal variability of the MLD is discussed. The physical processes controlling the seasonal cycle of sea surface temperature are investigated by carrying out mixed layer heat budget analysis. It is found that air-sea fluxes play a dominant role in the seasonal evolution of sea surface temperature of the northern Indian Ocean and the contribution of horizontal advection, vertical entrainment and diffusion processes is small. The upper ocean zonal and meridional volume transport across different sections in the AS and BoB is also computed. The seasonal variability of the transports is studied in the context of monsoonal currents.     

东亚冬夏季风对热带印度洋秋季海温异常的响应

利用多年的Reynolds月平均海表温度资料和NCEP/NCAR全球大气再分析资料,分析了热带印度洋秋季海表温度距平(SSTA)与后期东亚冬夏季风强度变化的关系。结果表明,热带印度洋秋季SSTA的主要模态是全区一致(USB)型和偶极子(IOD)型,USB型模态主要代表热带印度洋秋季SSTA的长期变化趋势,而IOD型模态主要反映热带印度洋秋季SSTA的年际变化。热带印度洋秋季海温气候变率中既存在着明显的ENSO信号,也有独立于ENSO的变率特征,独立于ENSO的热带印度洋秋季SSTA变化的主要模态仍是USB型和IOD型。前期秋季USB模态与东亚冬季风及东亚副热带夏季风之间为负相关关系;与前期正(负)IOD模态相对应,南海夏季风强度偏弱(强),而东亚副热带夏季风强度偏强(弱)。USB型和IOD型模态对后期东亚冬、夏季风强度变化的影响是独立于ENSO的,但ENSO起到了调节二者相关显著程度的作用。     

基于观测数据的2003?2014年北冰洋海平面时空特征

本文对比了3个不同机构提供的北冰洋月均高度计数据,发现英国极地观测与建模中心和丹麦科技大学空间中心两套数据比较一致且空间覆盖率高,适用于北冰洋海平面变化研究,而前者在数据分辨率、平滑性和与验潮站的符合程度方面均更优。对高度计和验潮站数据的分析表明,北冰洋海平面的气候态特征表现为加拿大海盆的高值和欧亚海盆的低值之间形成鲜明对比;海平面的变化以季节变化和北极涛动引起的低频变化为主,加拿大海盆的季节和年际振幅均较大,俄罗斯沿岸海平面季节变化显著。2003?2014年,北冰洋平均海平面呈上升趋势,其中加拿大海盆海平面上升最快,而俄罗斯沿岸海平面有微弱下降趋势。加拿大海盆和俄罗斯沿岸由于海冰变化显著,不同高度计产品以及高度计与验潮站数据之间差别较大,使用时需慎重。     

Seasonal Variability of Near-Surface Heat Budget of Selected Oceanic Areas in the North Tropical Indian Ocean

The results obtained from an Ocean General Circulation Model (OGCM), the Modular Ocean Model 2.2, forced with the National Center for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research reanalysis data, and observational data have been utilized to document the climatological seasonal cycle of the upper ocean response in the Tropical Indian Ocean. We address the various roles played by the net surface heat flux and the local and remote ocean dynamics for the seasonal variation of near-surface heat budget in the Tropical Indian Ocean. The investigation is based in seven selected boxes in the Arabian Sea, Bay of Bengal and the Equatorial Indian Ocean. The changes of basin-wide heat budget of ocean process in the Arabian Sea and the Western Equatorial Indian Ocean show an annual cycle, whereas those in the Bay of Bengal and the Eastern Equatorial Indian Ocean show a semi-annual cycle. The time tendency of heat budget in the Arabian Sea depends on both the net surface heat flux and ocean dynamics while on the other hand, that in the Bay of Bengal depends mainly on the net surface flux. However, it has been found that the changes of heat budget are very different between western and eastern regional sea areas in the Arabian Sea and the Bay of Bengal, respectively. This difference depends on seasonal variations of the different local wind forcing and the different ocean dynamics associated with ocean eddies and Kelvin and Rossby waves in each regional sea areas. We also discuss the comparison and the connection for the seasonal variation of near-surface heat budget among their regional sea areas. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

21世纪海上丝绸之路海洋上层热含量及热比容海平面异常变化

气候变暖背景下,全球平均海洋变暖和海平面上升显著,为人类社会的可持续发展带来巨大挑战。上层海洋热力状况是海平面变化的主导因子之一。本文围绕"21世纪海上丝绸之路"途经海区（文中简称为丝路海区）上层海洋热含量异常的区域性时空特征,分析探讨了丝路海区热比容海平面异常的时空变化、演变特征及可能影响,以期为"21世纪海上丝绸之路"海洋环境安全保障提供服务支撑。结果表明,自20世纪70年代中后期,丝路海区上层（0~700 m）海洋已明显变暖,尤其20世纪90年代中后期增暖幅度显著加大。近60年来,在丝路海区热带海洋中,西太平洋的北赤道流区及以北海域、东海黑潮流域以及南海北部和南部海区、阿拉伯海西北部海域、马来西亚西北部海域及南印度洋部分海域具有长期增暖趋势。热带西太平洋暖池区整体增暖不明显,主要与印度洋中部海域呈反位相变化,且明显受到季节和年际变化的调制。长江口附近沿岸、南海北部沿岸、中南半岛南部沿岸以及阿拉伯海西北部沿岸的近岸海域长期增暖明显,自20世纪90年代中后期,中南半岛东部和西部沿海、澳大利亚西部沿海以及我国东南沿海热比容海平面上升明显。近岸热比容海平面的季节演变对沿海地区社会和经济发展会造成一定影响。此外,东亚夏季风与东海、黄海和渤海热比容海平面的上升显著相关,同时,ENSO、太平洋年代际振荡和印度洋偶极子的发生也均与我国东南沿海和印度洋西部沿海热比容海平面上升明显关联。特别是,气候变暖情形下,各种区域性致灾因子和气候变率的协同影响会对丝路海区海岸带和沿海地区的防灾减灾与社会经济发展带来较大挑战,开展海岸带和沿海地区全球变化综合风险研究成为当前首要任务。     

印度洋上层经向翻转环流的冬夏季节对比

上层经向翻转环流(shallow meridional overturning circulation, SMOC)主导热带-副热带上层海洋水体交换,对海洋物质输运和热量交换具有重要意义。基于7套海洋再分析数据产品,本文主要探讨了印度洋SMOC的冬夏季节变化及其差异的原因。结果显示,印度洋SMOC主要由南半球副热带环流圈(southern subtropical cell, SSTC)和跨赤道环流(cross-equatorial cell, CEC)组成,并且具有显著的季节差异。夏季风期间, SSTC和CEC均为表层南向输运,表层以下北向输运的逆时针环流结构。冬季风盛行时, SSTC仍维持逆时针结构,但环流中心南移且深度加深,强度弱于夏季;然而, CEC却转向为表层北向输运,表层以下向南输运的顺时针环流结构,其环流中心位置与夏季接近,环流强度与夏季相当。这种印度洋SMOC冬夏结构差异究其原因主要由风生环流主导, CEC冬夏季节环流方向反转是北印度洋冬夏季风转向的结果,而南印度洋信风的季节性位移和强度变化是SSTC强度和位置季节差异的主要原因。