一个重构的153年热带太平洋次表层上卷海温资料

次表层上卷海温对改进ENSO(厄尔尼诺-南方涛动,El Ni o-Southern Oscillation)模拟水平及ENSO年代际变化均具有重要作用。利用一个中等复杂程度耦合模式(intermediate coupled model,简称ICM)和Nudging(张弛逼近)同化方法,重构了1856—2008年间热带太平洋地区的次表层上卷海温。统计检验表明,重构的次表层上卷海温与近50年的3种分析资料间具有较高的相关性和较小的均方根误差。此外,通过此重构的次表层上卷海温资料重新驱动ICM模式,模拟得到的海表温度距平(sea surface temperature anomaly,简称SSTA)可以真实地反映出ENSO的年际和年代际变化,表明此重构的次表层上卷海温资料可用于气候研究,特别是用于ENSO的大尺度低频变化或年代际气候变化研究。     

南海多年月平均表层海温年变化特征的调和分析

对多年月平均表层海温(下简称海温)进行调和分析,是研究海温变化特征和海温变化的重要方法之一。K.Wyrtki分析过太平洋海温的年与半年周期变化,菊池繁雄,M.K.Robinson,张启龙与朱兰部先后作过东海海温年变化的调和分析。在此以前,南海这方面的工作未见报道。木文根据1958—1972年船舶报和1960-1981年海洋站的海温资料,对南海(包括泰国湾)海温的年变化进行调和分析,并讨论海温年变化的一些基本特征。     

1982-1983年埃尔-尼诺现象与其他年埃尔-尼诺现象的比较研究

利用1949-1983年太平洋海温,分析了1982-1983年埃尔-尼诺过程,并与其他八次过程进行了比较,分析了副热带高压对埃尔-尼诺过程的反映,指出不同类型的埃尔-尼诺影响的差异.     

赤道太平洋-印度洋海温异常综合模与次表层海温异常

通过对1958-2001年的SODA海温资料进行经验正交函数分解,得到了太平洋-印度洋海温异常综合模态,该模态在海表及次表层的时空演变特征的分析表明,在赤道西印度洋、中东太平洋的海温偏高(低)时,赤道西太平洋、东印度洋的海温偏低(高)。该综合模态既有年际变化特征,还有年代际变化特征,在20世纪70年代中后期由以负指数为主转变为以正指数为主。对1958-2001年强正、负指数事件合成分析结果得知,综合模也存在着显著的年变化特征,在2-4月份偏弱,最强出现在10月份。西太平洋暖池次表层与赤道东太平洋次表层、赤道东印度洋次表层与西印度洋次表层有一种反位相的变化。次表层海温异常在东太平洋、西印度洋分别沿着南北纬10°左右向西太平洋、东印度洋传播并向赤道扩展,西太平洋、东印度洋的次表层海温异常则分别沿赤道向东太平洋、西印度洋传播汇聚。     

西太平洋暖池海温的时空变化及其在ENSO循环中的作用

应用SODA_1.4.2版本资料,分析研究了热带西太平洋暖池(以下简称WPWP)海温场的变化特征,讨论了WPWP海温的时空变化特征与ENSO之间的联系途径.分析结果表明,在上层海洋,WPWP的海温场在垂向结构上具有显著的年际变化特征,在不同深度存在较大差异.表层的异常海温出现明显的增温趋势,在47年期间(1958-2004)增温幅度达0.15℃.而随着深度的增加,异常海温出现明显的降低趋势,次表层(120-170 m)的降温幅度最大,其降温可达-0.72℃.这种变化可能与20世纪70年代末WPWP区域的海温场发生突变过程存在一定关系.另外,在热带太平洋温跃层曲面上,WPWP区域海温变化与赤道东太平洋海温变化存在"跷跷板"现象.据此,定义了赤道东西太平洋温跃层曲面上异常海温变化强度指数,为ENSO循环过程的研究提供了又一参考依据.通过对WPWP不同深度的异常海温和海流分析发现,WPWP异常海温的东传过程与赤道潜流的强弱变化存在密切关系.     

南海海表温时空演变与南海夏季风爆发早晚相关性初探

利用我国近海1986-2008年间的海温再分析资料,分析了南海海温异常的时空变化,重点揭示了南海夏季风爆发前后(4-6月)南海表层海温异常的时空演变特征,并探讨了其与南海夏季风爆发早晚的相关关系。结果显示,南海夏季风爆发前后南海表层海温异常存在一个显著时空演变模态,4月南海全域海表温度异常几呈负位相态势,其中正值信号首先出现于巴拉望岛以西海域,随后逐步向西向北扩展,5月南海大部已被海表温异常正位相控制,6月南海表层海温异常完成负-正位相转换。分析表明,南海表层海温异常时空演变的年际差异与南海夏季风爆发的早晚存在显著相关。综合已有研究认为,南海海表温异常时空演变所形成的季节内尺度的热力差异(主要包含演进趋势、速度和幅度等)可能是影响南海夏季风爆发早晚的一个重要因子,据此建立了海表温温差异常指标,其对南海夏季风爆发早晚具有较好的反映能力。此外,南海海表温异常时空演变与南海暖池的变化紧密关联。相关分析还发现,南海夏季风爆发前期南海暖池与印度洋暖池的海表温差异常存在显著正相关关系,而与西太平洋暖池为负相关关系。南海海表温异常季节内演变在印-太暖池区海表热力格局及差异形成背景下或可通过影响大尺度经向和纬向环流而引发南海夏季风爆发早晚之年际异常。     

Argo资料的全球上层海温年和半年周期振荡的空间分布特征

利用小波分析方法,对2003-2008年周平均的Argo(地转海洋学实时观测阵)海温资料进行了分析,给出了全球上层海温年周期和半年周期振荡的空间分布特征.结果表明,南北半球中高纬地区以表层海温的年周期变化为主,在低纬度地区,表层海温以半年周期为主,而温跃层附近海温既有年周期也有半年周期(赤道太平洋、东南印度洋和赤道西大西洋以年周期为主;赤道东、西印度洋以半年周期为主).南北半球中高纬的年周期海温和北半球中纬度的半年周期海温在表层范围最大,显著性最高,强度最强,位相最前.随深度的增加,范围减小,显著性降低,强度减弱,位相滞后.信号主要集中在水深50 m以上,影响深度在150m以浅;赤道附近的太平洋和热带东南印度洋的年周期海温以及赤道东、西印度洋的半年周期海温在水深100m范围最大,显著性最高,强度最强,位相最前,信号主要集中在温跃层附近,影响深度均可达500m.     

基于Stacking机器学习模型的南海北部海温预报

基于Stacking(ET-ET)的机器学习算法,利用美国国家环境预报中心再分析数据和MGDSST海温融合数据,建立了一套高效的海温长期预报方法,并在南海北部海域开展了1 a的表层海温长期预报实验。结果表明：基于Stacking(ET-ET)机器学习模型的表层海温长期预报的均方根误差降至0.52℃,平均绝对百分比误差降至1.58%,明显优于基于支持向量机、人工神经网络和长短期记忆模型的预报结果。     

西太平洋暖池变异及其对西太平洋次表层海温场的影响

应用热带太平洋上层XBT温度资料,分析研究了西太平洋暖池区(0°～16°N,125°～145°E)上层海洋的变化特征以及与西太平洋次表层海温场之间的关系.研究表明,西太平洋暖池区的垂向温度存在显著的年际变化,尤其在次表层(120～200m)的变化最为明显.西太平洋暖池区的次表层冷暖信号明显早于西太平洋次表层的海温异常.分析发现,西太平洋暖池区的海温异常是导致整个西太平洋次表层海温场变异的关键区,当西太平洋暖池区的次表层冷暖信号加强时,3～4个月后西太平洋海温场出现大范围的冷暖异常.     

赤道太平洋次表层海温异常年际和年代际变率特征与ENSO循环

用美国马里兰大学提供的海洋同化(SODA)月平均资料,分析了赤道太平洋次表层海温异常年际和年代际变率的演化特征,讨论了它们对ENSO循环的影响.结果指出,赤道太平洋次表层海温异常年际和年代际变率具相似的ENSO模分布和演变过程,二者均以赤道西太平洋暖池次表层海温显著的异常中心与赤道东太平洋表层海温异常中心显著反号为主要分布特征,其演变过程通过赤道西太平洋暖池次表层海温异常中心沿海洋气候温跃层向东向上传播来完成.赤道西太平洋暖池次表层海温异常年际变率决定了ENSO循环,年代际变率对ENSO循环也有重要影响,其影响主要在中太平洋, 造成ENSO模的年代际变化.当年代际变率处于正常状态时,ENSO循环基本上是东部型冷暖事件之间的转换;当年际和年代际变率位相相同时,ENSO事件强度将会加强和持续,并出现中部型ENSO事件;当二者位相相反时, ENSO事件强度将会减弱.     

赤道东太平海温与西太平洋台风频数年际变化的关系

本文根据1949—1986年赤道东太平洋海温年际变化和西北太平洋(160°E以西)台风形成频数的年际变化的两个时间序列,分析计算了两者之间的时滞相关关系.结果表明,台风变化晚于海温变化两个月,存在着最高的负相关(系数为-0.63);台风晚于海温17-18个月,出现了最大正相关(系数达到0.58).在埃尔尼诺时段和海温年际变化显著的时段,赤道东太平洋海温与西北太平洋中西部台风频数具有相反的变化趋势,没有发现例外.这些结果证实和发展了早期一些研究结论,有益于澄清过去存在的分歧看法.     

基于SODA3资料的西北太平洋海气边界层主要特征及相关性分析

基于SODA3.3.1海洋数据集2011—2015年逐月和逐5 d平均资料,对西北太平洋海域表层和次表层海温、混合层深度、风应力及风应力旋度的分布特征进行了分析,使用相关系数和相关矩方法分析了海温与混合层深度、风应力旋度的相关关系及变化特征。结果表明:西北太平洋次表层海温在赤道附近存在冷中心;混合层深度呈北高南低分布,在黑潮延伸体以南有两个极大值中心;风应力秋冬季方向偏北且取值较大(冬季为全年最大),春季方向偏西,夏季方向偏南,两季风应力较小,西北太平洋表层海温与混合层深度在大部海域呈负相关,冬夏两季相关系数较高,在赤道附近相关系数下降,厄尔尼诺年下降趋势小,拉尼娜年下降趋势大,次表层海温与混合层深度大部呈正相关,黑潮流域呈负相关,相关区域主要位于15°N以北。表层海温与风应力旋度相关区域主要位于15°N以北,呈正相关,1—3月份和7—10月份相关性较高,次表层海温与风应力旋度相关区域分布零散无规律。     

黄渤海虾类资源与赤道海温异常关系的初步探讨

本文分析了对海水温度较为敏感的黄、渤海海区虾类资源变化与赤道海温的关系,得到相关关系显著的结论,由此提供了通过大尺度海气相互作用,研究渔业资源长期变化规律及预报方法的新途径。     

IAP-14L热带太平洋环流模式中海温场的年际变率

本文利用1964~1993年NCAR/NCEP再分析风应力强迫14层热带太平洋环流模式(OGCM),对热带太平洋海温场的年际变化进行了研究。首先,我们对海温场的标准差进行分析,模式能较好地模拟海温场标准差水平和垂直分布的特征,特别是较好地反映了最大的变率不是发生在表层,而是次表层这一特征。然后,分析了与ELNi?o事件关系密切的SSTA和SOTA的年际变化的特征,发现在ELNi?o事件之前,西太平洋暖池的次表层海温都有明显正异常出现,它的东传导致了ELNi?o的发生,并且SOTA的传播随纬度变化,沿赤道东传,在赤道外西传。最后,利用EOF分析了海温场的时空结构,模式海温场前两个特征向量的时间尺度类似ENSO周期以3~5a为主,其空间结构也是典型的ELNi?o事件的前期和发生时期空间特征分布。     

PDO的三维空间结构和时间演变特征

利用再分析次表层海温资料和CCSM3模式的1870-1999年130 a模拟试验的结果,分析了北太平洋年代际变化(PDO)的三维空间结构和时间演变特征.结果表明,CCSM3模式较好的模拟了北太平洋年代际变化的主要特征,对再分析资料和模式结果的分析都表明从北太平洋表层至次表层的中层,年代际变化是非常显著的,PDO不仅仅局...     

渤海、黄海冬夏季主要月份的海温分布特征

将北海分局1976-1999年的断面观测资料，用Visual Foxpro 5.0建立数据库。并用本数据库表层、底层、断面海温计算及分析图产品，分析了渤海、黄海冬夏季主要月份海温的分布特征，并获取了一些较新的有关厄尔尼诺事件与黄海海温相关的结论。结果表明：冬季表层等温线分布密集，研究海域由黄海暖舌、北部结冰区、胶东半岛南部弱冷舌几个系统组成，底层海温分布与表层一致，黄海中部断面呈上下均匀一致的温度分布。夏季表层等温线分布稀疏，底层冷水团发展最强，黄海中部断面有强温跃层出现；各年黄海海温垂直分布场对厄尔尼诺年及尔尼诺年有较显著响应，其程度以准高温均匀层及温跃层较明显，深层无明显响应。即：厄尔尼诺年的准高温均匀层高温线包围的面积小，温跃层明显向表层突起，而反厄尔尼诺年准高温均匀层高温线包围的面积大，温跃层较平缓。     

表层海水温度场的正交综合因子场分解预报方法——东海及其外缘海域月平均表层水温预报

表层海水温度预报的途径目前在我国仍以统计预报为主,数值预报和数值动力统计预报尚在探索中.表层海温统计预报一般又分为单要素时间序列预报和多要素相关预报两类.这些方法各有长处和短处,因此在预报实施中,应根据各种方法的特点,互相补充,综合发布预报.我们在应用经验正交函数分析预报表层海水温度场的基础上,也曾对表层海温场的多因子相关预报方法进行了多种试验.     

厄尔尼诺和台风共同影响下的7月份黄、东海海温变化

基于历史海温数据和台风路径数据,研究了厄尔尼诺/拉尼娜（El Niño/La Niña）背景下7月份中国近海海温变化特征。结果表明:7月黄、东海海温异常与El Niño/La Niña有显著相关关系,OISST和GODAS海温数据与Niño3指数同步相关系数分别为-0.32和-0.45。El Niño年7月,黄、东海海表温度异常低于-0.5℃的概率超过60%;La Niña年7月,黄海海温异常高于0.5℃的概率约有60%;正常年7月,海温异常的空间分布与El Niño年相反,但量值偏低。El Niño年7月,中国近海及邻近区域大气异常能够给局地带来更多降水;同时,受El Niño背景场的影响,入侵黄、东海的台风强度更强、影响时间更长。大尺度的降水和台风活动的影响是导致黄、东海海温异常降低的重要原因。因此,分析和预测7月份中国近海海温异常,在充分考虑El Niño/La Niña背景场的基础上,需要结合局地的大尺度降水和台风的影响同时分析,这为特定背景下结合不同时间尺度上的因素共同分析中国近海海温变化提供了一种思路。     

西北太平洋台风数目与海洋热含量的年代际关系分析

采用Joint Typhoon Warning Center提供的1945-2003年热带气旋数据对西北太平洋地区(5°-30°N,121°E-180°)的台风活动进行统计分析,结果表明西北太平洋的台风活动具有明显的年代际特征.台风数目在1958-1968年表现为高值,在1970-1980年表现为低值,在1985-1995年又表现为高值;并且在1958-1968年这一时段台风的年生成数要多于1985-1995年期间的台风生成数.利用Scripps海洋研究所环境分析中心提供的同期上400m热含量和11个标准层海温数据分析发现,台风活动与海洋热力变化存在一定的联系.就年代际变化而言,海温变化对台风数量的影响并不是主要引导因素.西北太平洋台风变化与中太平洋的热含量相联系,两者表现为正相关.通过赤道垂直温度剖面可以看出,相对于1970-1980年而言,1958-1968年和1985-1995年的中太平洋热含量明显增加.中太平洋的热含量增加在1958-1968年主要体现在温跃层的海温增暖,而在1985-1995年主要体现在海温表层增暖.这意味着在次表层出现的温度暖异常可能是导致在1958-1968这个时间段内台风年生成数多的重要原因.     

西太平洋暖池热状况变化特征及其东传过程

应用JEDAC海温和SODA再分析资料,分析研究了西太平洋暖池(WPWP)的热状况变化特征,探讨了WPWP的热含量变化与不同深度海温变化,特别是与表层和次表层海温场之间的内在联系,分析研究了WPWP异常海温东传过程中与温跃层变化之间的关系,最后讨论了赤道潜流在异常海温东传过程的作用。结果表明,WPWP区域的热含量变化与次表层的海温变化具有相同变化趋势。WPWP区域的热含量变化与次表层海温达到(超过)99.9%信度检验的相关出现在次表层海温变化超前热含量变化的12个月至次表层海温变化滞后热含量变化12个月,最佳相关出现在同期,相关系数r=0.92(样本n=552)。WPWP区域的热含量变化与SST达到99.9%信度检验的相关只出现在热含量滞后SST5个月至同期。这一结果表明,WPWP区域的热含量变化主要体现了次表层海温场的变化特征。由此认为,WPWP区域热含量变化(次表层海温场)对气候变化的贡献主要体现在东向传播对ENSO的贡献上。由WPWP异常海温沿赤道东传过程和温跃层变化之间的关系可知,温跃层变化滞后于WPWP区域东传的异常海温,在WPWP区域异常海温东传过程中,赤道潜流起了重要作用。