不同季节黑潮延伸体区域海洋锋对大气的影响

本文依据最优插值海表面温度资料、欧洲中期数值预报中心的月平均再分析资料以及TRMM降水资料分析了不同季节黑潮延伸体区域海洋锋对大气的影响。研究表明:秋、冬、春季,在海洋锋最强位置南北两侧的大气中存在南侧上升北侧下沉的次级环流,并且上升支的强度明显强于下沉支,同时该次级环流随高度不断地向北倾斜,主要集中在对流层中低层。而在夏季,海洋锋附近大气总体表现为上升运动,并且该上升运动在高空更加显著,同时夏季在海洋锋区南侧区域对流降水的贡献最大。     

冬季不同背景风场下边界层云对东海黑潮锋的响应个例研究

为探究冬季不同背景风场下黑潮锋影响边界层云的机理,采用高分辨率卫星数据和再分析数据,研究了冬季海面背景风为垂直(西北风)和平行(东北风)东海黑潮海表面温度锋(黑潮锋)条件下,边界层云对黑潮锋的响应。结果表明:背景风垂直黑潮锋情况下,黑潮锋强迫的边界层内次级环流明显,黑潮锋暖水侧海面冷平流强,海气温差增大,海气界面潜热感热通量增大,海气界面不稳定性增大,产生上升运动,云底高度抬升。上升运动在边界层底向南北两侧辐散,在冷水侧产生下沉运动与500 hPa高压下沉叠加,使局地云量明显减少,形成晴空少云区(云洞)。在暖水侧以南的下沉支叠加云顶上的下沉运动和边界层退耦效应共同作用,产生另一个云洞。气压调整机制为次级环流产生的主要原因。背景风平行黑潮锋情况下,海面空气温度平流作用小,暖水侧海气温差较小,虽然海洋仍然加热大气,但海气界面不稳定较弱,湍流增强使云底高度抬升,垂直混合机制为该湍流增强的主要原因。     

台湾以东黑潮锋的中尺度过程研究

采用海洋再分析结果,研究了海洋涡旋和锋面波动对台湾以东黑潮锋的影响,结果表明,Rossby波第一斜压模态形成的冷涡(暖涡),减弱(增强)台湾以东黑潮温度锋强度,减小(加大)锋的宽度.在再分析结果中,捕获到1991年1-2月台湾以东的一次黑潮锋面波动.锋面波动的波槽(波脊)到达时,该温度锋强度减弱(增强),宽度和厚度减小...     

台湾以东黑潮锋的中尺度过程研究

采用海洋再分析结果,研究了海洋涡旋和锋面波动对台湾以东黑潮锋的影响,结果表明,Rossby波第一斜压模态形成的冷涡(暖涡),减弱(增强)台湾以东黑潮温度锋强度,减小(加大)锋的宽度.在再分析结果中,捕获到1991年1-2月台湾以东的一次黑潮锋面波动.锋面波动的波槽(波脊)到达时,该温度锋强度减弱(增强),宽度和厚度减小...     

冬季中纬度海气相互作用与长江中下游汛期旱涝预测

中纬度海洋的热力状况对大气环流的维持和变化起着重要的作用,尤其在冬季。汛期的研究表明,冬季黑潮海域海表面水温(SST)与长江中下游和华北平原汛期降水有密切的关系(中国科学院大气物理研究所长期预报组,1978),夏季阿留申海域的SST异常与北太平洋上空大气环流场和后期秋季美国的气温和降水亦存在有意义的关系(Namias,1976)。赵永平(1986a;赵永平, McBean,1996)和Zhao and McBean(1989)曾用北太平洋海洋对大气加热场资料详细地分析了其时空分布特征,揭露了黑潮及邻近海域海洋异常加热对同期和后期半年至一年北半球大气环流的影响事实,并提出用海洋异常加热对同期和后期大气环流作用的反相性假说来进行解释。以上研究表明,冬季中纬度海洋异常加热与大气环流的异常和我国汛期旱涝之间存在一定的联系。 冬季黑潮和湾流海域是中纬度海洋的两个巨大热源,它们对同期和后期大气环流有重要影响。本文研究了冬季中纬度黑潮和湾流海域海洋异常加热对夏季副热带高压和中高纬度西风环流的影响,讨论了长江中下游汛期旱涝前期冬季和同期大气环流型。结果表明,冬季东亚和北美冷空气都强时,黑潮和湾流海域对大气异常多加热,夏季西太副热带高压、乌山和鄂海阻塞高压多趋减弱,中纬环流平直,形成长江中下游偏旱的环流形势；反之,西太副热带高压、乌山和鄂海阻塞高压多趋加强,中纬槽脊系统明显,形成长江中下游偏涝的环流场。本文还对可能的物理过程进行了讨论。     

台湾以东黑潮流量变异与冬季西北太平洋海洋-大气相互作用

通过对历史资料进行奇异值分解、合成分析及相关分析,揭示了对应冬季台湾以东黑潮流量增强(减弱)时,西北太平洋海区异常失热(得热),北太平洋(北纬20°N以北)上空500hPa位势高度负异常(正异常);进一步证实了冬季西北太平洋海洋-大气相互作用是一个正反馈过程;发现了冬季台湾以东黑潮的暖平流作用可能是维持该正反馈过程进行的一个必要条件;通过超前和滞后相关及合成分析,提出从10月开始,台湾以东黑潮流量异常形成的暖平流作用会对冬季西北太平洋海区海洋-大气相互作用有贡献。     

基于海色融合数据的东海黑潮锋面检测研究

海洋锋是典型的海洋中尺度现象之一。目前卫星遥感主要利用海表温度数据分析海洋锋,但由于西北太平洋海域夏季海表温度的趋同特性,不能进行有效的锋面监测;而不同水团所具有的生物光学特性往往是不同的,且不具有太阳辐射引起的显著性季节变化,因此海色资料也成为检测海洋锋的有效数据源。文中以东海黑潮为例,详细说明了基于叶绿素a浓度融合数据,采用梯度法进行海洋锋面检测的过程,通过比较不同季节不同梯度阈值得到的东海黑潮锋结果,从保持锋面的完整性及对零碎锋区的剔除效应方面,选取了不同季节较优的梯度阈值。总体来说,文中检测出的东海黑潮区域海色锋与海流黑潮强流区较吻合,12月至4月东海黑潮海色锋检测结果不如海温锋,而5-11月东海黑潮海色锋检测结果优于海温锋,特别是台湾以东黑潮区域,不论什么季节海温锋都没有体现,而海色锋始终很明显。利用文中提出的海洋锋检测算法、分析方法及选择的梯度阈值可以有效地检测东海黑潮区域的海洋锋面,结合海色锋和海温锋,可以监测分析东海黑潮强流区的时空变化。     

西北太平洋夏季海洋热浪的变化特征及海气关系

全球增暖背景下更加频繁和持续的海洋热浪事件已经对生态和人类社会经济造成了严重影响。但对于海洋热浪的海气相互关系和对区域气候制作用的研究还十分有限。本文基于1982—2017年美国国家海洋和大气管理局逐日最佳插值海表温度和美国国家环境预测中心再分析资料, 采用经验正交函数展开等统计方法, 系统地分析了西北太平洋夏季海洋热浪的时空分布特征及与之相联系的海气关系。结果表明, 西北太平洋夏季海洋热浪日数和次数EOF(Empirical orthogonal function)第一模态在除黑潮和黑潮延伸区外的区域呈线性增加趋势, 第二模态则呈南北反向分布, 并具有明显的年代际变化特征。海洋热浪的最大强度、持续时间、累积强度第一模态也呈线性上升趋势, 最大强度和累积强度在高纬地区上升最多, 持续时间在黑潮和黑潮延伸区变化最明显。从海气关系的角度来看, 中低纬地区出现海洋热浪事件时, 海气之间主要表现为海洋对大气潜热感热通量的增加, 从而对周边区域大气环流产生影响; 而高纬度地区出现海洋热浪事件时, 海气之间则主要表现为大气对海洋的影响, 以长波辐射和感热通量变化为主。     

冬季黑潮延伸体区海表面温度异常对山东半岛极端低温的可能影响

利用ERA5再分析资料,分析了山东半岛1979—2014年共36年间冬季极端低温特征,发现山东半岛地区伴随偏北大风的极端低温与黑潮延伸体区域海表面温度(Sea surface temperature, SST)暖异常密切相关,提出了该区域SST暖异常增强局地的气旋,促进山东半岛偏北大风的产生,从而引起降温的可能机制。伴随偏北大风的极端低温日数占山东半岛冬季总极端低温日数的41%,对这些伴随偏北大风的极端低温日进行合成分析,发现极端低温发生时,山东半岛处于一个气旋-反气旋式环流异常的中间位置,导致山东上空北风盛行。黑潮延伸体区域的暖SST异常加强了从海洋向大气释放的热通量,驱动了上升运动,在其上空形成次级环流,有利于异常低压的生成和发展,促进了山东半岛两侧气旋对的发生,从而引起偏北大风,造成极端低温。     

副热带海域的海洋加热异常及其对副高的影响

海洋在天气、气候及大气环流变化过程中起着重要作用,海洋热源的异常分布是造成长期天气异常的重要原因。海洋对大气的作用主要是通过海气界面的热量交换来实现的，因此,直接运用海气热量交换来考虑海洋对大气的加热作用,分析海洋加热异常对长期天气、气候及大气环流的影响,具有更明确的物理意义。 西北太平洋副热带高压是造成我国旱、涝及天气变化的主要副热带天气系统,对我国夏季气温、雨带位置及强度影响很大。西北太平洋中、低纬副热带地区是海洋向大气提供热量和水汽较多的地区,也是海气相互作用最强烈的海域,这一地区的海洋加热对西北太平洋副热带高压的变化将有直接影响。本文分析了冬季西北太平洋副热带海域海洋加热主要场的分布特征,指出了海洋加热与西北太平洋副热带高压的关系。结果表明,冬季该海域海洋加热较常年偏多时,冬、春至初夏副高偏弱,位置偏东、南(6月副高脊线位置除外);反之,海洋加热较常年偏少时,副高偏强,位置偏西、北(6月副高脊线位置除外)。该海域海洋加热对副热带地区大气环流,尤其是副热带高压环流的变化有着重要作用。本结果对预测西北太平洋副热带高压的变化,研究中纬度海洋加热对西北太平洋副热带高压及其大气环流的影响有十分重要的意义。     

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。     

东海黑潮强度与东亚冬季风关系的分析研究

利用卫星高度计资料和再分析资料，本文分析研究了东海黑潮强度与东亚冬季风的关系，并初步探讨了二者相互作用的可能机制。结果表明，位置相近的断面，其流强变化具有相似的特征；在年际尺度上，冬季风与东海黑潮存在相互作用。当冬季风偏强，将削弱次年2-4月SC、SD断面的流强，弱冬季风年的情况相反。冬季风对流强影响的动力过程主要通过改变Ekman输送来实现；热力过程则表现为强（弱）冬季风增大（减少）了黑潮向大气释放的热通量，从而削弱（增强）流强，这一过程主要为冬季风对黑潮的影响。当冬季风偏强时，次年10-12月黑潮中下游流强偏弱，弱冬季风年的情况相反。这一过程与2-4月情况不同，其热力过程主要表现为黑潮对冬季风的影响。强冬季风通过准两年振荡对次年冬季的黑潮流强产生影响，由此构成了一个包含海洋和大气耦合过程的正反馈机制。黑潮流域的海气相互作用过程可能受冬季风和黑潮流强相对强弱的调制，海洋过程和大气过程主导一方的转换中存在一个“临界值”。     

北部湾温度锋的季节与年际变化

采用8a(1991—1998)的卫星遥感海水表面温度资料(AVHRR SST)对北部湾温度锋的季节变化与年际变化规律进行了探讨。北部湾海区温度锋的季节态强弱趋势为春季最强，夏季、冬季次之，秋季最弱。在年际时间尺度上，温度锋强度与SST距平(SSTA)存在响应关系，表现在：1)SST正距平对应较弱的锋面产生，负距平对应较强的锋面产生，这种相关性在冬季表现得最为明显；2)锋面的强弱与SSTA绝对值存在正相关关系，即SSTA变化越大，锋面越强。在冬季，温度锋强度与海面风经向分量相关，在偏北风异常情况下，锋面较强；反之，锋面较弱。     

一次典型层积云发展-消亡过程对东海黑潮海洋锋响应的个例研究

基于ERA5再分析资料和卫星观测资料,本文揭示了2010年3月9—11日一次层积云发展-消亡过程中东海黑潮海洋温度锋对其的影响机制。研究发现,在层积云的发展阶段,海洋锋通过垂直混合机制影响层积云;而在维持阶段,海洋锋通过气压调整机制影响层积云;在消亡阶段,海洋锋对云的影响较弱。进一步研究表明,海洋锋能影响层积云的垂直结构,在维持阶段层积云的云底/顶高度在冷(暖)洋面下降(抬升),这对应于海洋锋强迫出的下沉(上升)气流。该结果说明东海黑潮海洋锋对大气行星边界层和层积云的垂直结构具有不可忽视的影响。     

我国冬季气温的趋势变化特征及其影响因子分析

利用国家气候中心提供的中国160站逐月气温数据集、NCEP/NCAR再分析数据中心提供的大气环流数据、NOAA提供的全球海表温度数据及美国冰雪中心的海冰数据,分析了1951—2011年我国冬季气温异常的时空变化特征。应用经验正交函数分解得到中国冬季气温变化的两种典型空间分布型态-全国一致型和南北相反型,三次样条函数拟合结果表明这两种分布型态均具有显著的趋势变化特征。同时,分别探讨了大气环流及外强迫因子的趋势变化及其对中国冬季气温变化趋势的影响,并综合分析了影响我国冬季气温趋势变化的海温(冰)等外强迫因子与东亚大气环流系统之间的相互配置及贡献。结果表明,强的热带海温异常变化是影响东亚大气环流及冬季气温变化的最主要外强迫因子。当热带印度洋与赤道中东太平洋海温同时偏高(低)时,冬季西伯利亚高压强度偏弱(强),AO处于正(负)位相,东亚冬季风强度偏弱(强),冬季气温呈一致偏高(低)变化;当热带印度洋海温偏高(低),赤道中东太平洋海温偏低(高)时,东亚冬季风强度偏弱(强),AO指数为负(正)位相,西伯利亚高压偏弱(强)的配置时,冬季气温易呈北冷(暖)南暖(冷)趋势变化。     

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。     

一次层积云发展过程对黑潮延伸体海洋锋强迫的响应研究——数值模拟和试验

2014年4月12日,中国海洋大学东方红2号调查船在黑潮延伸体海区由暖水侧向北穿越海洋锋时,捕捉到了一次层积云云底和云顶高度升高的过程。本文利用船测数据结合WRF模式进行数值模拟和试验,对此次层积云迅速发展的机理进行了综合分析。结果显示,在黑潮延伸体区域,西北风控制下,海洋锋和来自日本本州岛陆地的低空暖平流共同作用使得层积云发展。通过数值试验发现,海洋锋作为背景场,为该区域提供了200W·m~(-2)的潜热通量并导致气压下降,从而在暖水侧产生了0.05m·s~(-1)的上升运动。同时,来自日本本州岛陆地的暖平流作为日尺度扰动,在09-12UTC到达潜热通量中心,导致该时段该区域2~3℃的增温和0.5hPa的降压。但两者并非单纯线性叠加,而是在海洋锋提供背景条件的前提下,暖平流产生触发作用,通过局地海气相互作用,使得该时段该区域垂直运动异常增强,进而造成云的异常发展。本研究有助于理解在复杂大气背景扰动扰动下MABL对海洋强迫的响应机理,同时对于理解海洋对边界层的影响又反馈到海洋的过程有一定帮助。     

东海冷涡对黑潮热输运年代际跃变的响应

基于SODA、CORA和CORE等高分辨率海洋和大气再分析资料,分析了1976/1977年前后黑潮经向热输运的年代际跃变特征,并应用区域海洋模式(ROMS),研究了东海冷涡对黑潮经向热输运年代际跃变的响应.分析与数值实验结果表明:在1976/1977年前后,黑潮经向热输运有明显的跃变,冬、夏季黑潮的热输运分别增加了约8.0%和8.5%;1976/1977年黑潮经向热输运发生跃变后,冬季东海冷涡则没有明显变化,而夏季东海冷涡则明显增强,除了冷涡中心的温度显著降低外,气旋式环流也显著加强.此外,分析还表明:冬季,黑潮经向热输运跃变并未引起黄海暖流的明显变化,而冬季风导致的海水强烈混合冷却作用可能抵消了黑潮经向热输运的影响,这使得东海冷涡的变化并不明显;夏季,受黑潮经向热输运跃变的影响,台湾暖流显著增强,从而引起东海冷涡区域气旋式环流的加强和冷涡中心温度的降低,并且,在其裹挟作用下,东海冷涡向北移动.     

基于Argo浮标的西北太平洋环流特征分析

基于2004 年1 月～2009 年12 月月平均Argo(Array for Real-time Geostrophic Oceanography)温盐格点资料, 结合P-vector 方法重构了西北太平洋绝对地转流, 重点分析了西北太平洋环流时空变化特征。结果表明, 基于Argo 资料西北太平洋三维结构特征与以前的研究结果是一致的。与WOA09(World Ocean Atlas 2009)计算的纬向流相比, Argo 资料计算的纬向流要偏大。北赤道逆流(NECC)、北赤道流(NEC)、黑潮再生流(KCC)和黑潮延伸体(KE)都有明显的季节和年际变化。NECC 和NEC 基本上呈现春强秋弱的季节变化特征, KCC 和KE 的季节特征与NECC 和NEC 存在反相关系。NECC 和NEC 表现出周期为1～2 a 的年际信号, KCC 和KE 为非周期性的年际信号。表层NEC 流核所在位置以及NEC南边界位置都有南移的趋势。另外, NEC、KCC 和KE 的流量也呈逐渐增大的趋势。     

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。