南海上层海洋热含量的年际和年代际变化

分析了１９５９－１９８８年南海表面至１００ｍ垂直平均温度资料，结果表明，南海上层海洋热含量存在明显的准两年，４－５年和年代际振动，在Ｅ１ Ｎｉｎｏ年，南海上层热含量显著增加，５０年代末至７０年代初，南海ＴＡＶ为负距平，此后转为正距平，南海ＴＡＶ的变化与ＥＮＳＯ事件，东亚冬季风和热带大气环流的变异密切相关。     

南海上层热含量的年代际变化及影响因子分析

南海上层海洋热力结构年代际变化的研究,是海气相互作用与变化研究的热点之一,对南海区域及更大范围的气候异常的研究和南海海洋环流年际变化的研究都具有重要意义。本文采用多套海温、流场和海气界面通量资料,基于热平衡方程和统计分析方法,分析了南海上层热含量的年代际变化,研究了南海上层热含量影响因子的变化特征,比较了混合层及混合层以下热含量变化的异同,进而探讨了影响因子在混合层及混合层以下的不同作用;利用区域积分海温方程后得到的热量收支方程,诊断南海内区不同海域的热收支方程中的各项,发现了不同海域在影响热收支的物理过程方面存在差异。结果表明:南海混合层的热含量的变化主要受海气界面热通量的影响,夹卷效应在热含量的变化中也有接近1/3的贡献。在整个上层400m的热含量变化中,平流效应占据了主导地位。     

热带西太平洋上层热含量年际变化的区域性特征

采用1980—2001年的XBT月平均海洋上层温度资料对与El Nino和Southem Oscination(ENSO)相关的热带西太平洋温跃层以上(上层)热含量年际变化的区域特征进行了研究。从热带西太平洋温跃层和上层热含量南北不对称的气候态出发，将其分为“北部”、“赤道”和“南部”三个子区域。发现热带西太平洋上层热含量的调整要领先于Nino3区，并且其释放的热量与El Nino事件的强度成正比，而El Nino事件爆发前热带西太平洋上层热量积累的多少对El Nino事件强度没有明显的影响；热带西太平洋赤道外区域也是ENSO热泵的一部分，其中北部子区域的上层热含量年际调整要超前于赤道和南部子区域，在热泵中起征兆的作用。通过热带西太平洋上层热含量距平场与：Nino3指数的超前滞后相关关系分析发现，热带西太平洋上层热含量年际调整表现出明显的南北不对称，北部子区域内信号时间超前且涉及的空间范围广，南部时间上落后且空间上局限在一个窄带状区域内。热带西太平洋上层热含量年际调整的路径是：热含量年际调整信号率先在太平洋北部子区域出现，然后发展到太平洋赤道和南部子区域，再沿赤道向东发展到东太平洋。     

南海夏季风爆发与南海热含量异常特征的相关分析

通过利用1958—2007年SODA月平均海温资料、1958—2008年NCEP/NCAR再分析资料以及1974—2008年NOAA卫星月平均OLR资料,分析了南海季风与南海上层海洋热含量之间的可能关系,发现南海夏季风爆发早晚与前冬南海上层海洋热含量存在显著的负相关,即当冬季南海上层海洋热含量偏高(低)时,次年南海夏季风爆发早(晚)。进一步对南海夏季风爆发异常年前期及前冬南海东部热含量异常年的相关大气环流特征分析后发现,南海夏季风爆发偏早和偏晚年前期的OLR特征、对流层环流特征及位势高度场分别与前冬南海东部热含量异常偏高和偏低年相一致。得出冬季南海东部热含量偏高(低)时,OLR在赤道东印度洋至我国南海及菲律宾以东为负(正)距平,南海地区对流加强(减弱);在纬向方向上,大气环流特征表现为正(负)的Walker距平环流,低纬Walker环流发展(减弱);在经向方向上,南海地区南北向局地Hadley环流加强(减弱);次年初春(3—4月)500hPa位势高度场在西太平洋副热带高压区总体为负(正)距平,副热带高压偏弱(强)。因此有(不)利于南海夏季风的早爆发。南海和西太平洋暖池区热含量异常都通过对流作用影响其上空大尺度...     

热带西北太平洋0~300 m热含量的年代际变化

太平洋是海表温度年际变化和年代际变化发生的主要区域,但对太平洋海洋热含量变化的研究相对较少。为此, 本文分析了1980—2020年太平洋上层(0~300 m)热含量的时空变化特征。基于IAP数据,本文首先利用集合经验模态分解法(EEMD)提取不同时间尺度的海洋热含量信号,并利用正交经验分解法(EOF)对不同时间尺度的海洋热含量进行时空特征分析,得到了太平洋0~300 m海洋热含量的年际变化、年代际变化以及长期变暖的时空特征。结果表明,除了年际变化之外,热带西北太平洋上层热含量还存在明显的年代际变化和长期变暖趋势。在东太平洋和高纬度西太平洋,热含量的年代际变化特征并不突出。热带西北太平洋热含量的年代际变化在1980—1988年和1999—2013年较高,而在1989—1998年和2014—2020年期间较低。此外,针对热带西北太平洋热含量的经向、纬向和垂向特征分析,发现这种年代际变化主要发生在5°N—20°N,120°E—180°E,次表层50~200 m范围内。热带西北太平洋热含量的年代际变化对全球海表温度的年代际变化有着重要作用。     

南海混合层深度的季节和年际变化特征

利用1871-2008年SODA资料和月平均的Levitus资料计算了南海混合层深度(MLD)的季节及年际变化特征.资料分析表明:季风通过流场调整对南海MLD的时空分布特征有显著的影响.南海MLD的距平变化总体上呈上升趋势,南海南部MLD的距平变化趋势和北部的有显著差异,特别在1955年后北部整体呈下降趋势而南部呈上升趋势,二者的显著周期北部为2-3年,南部与整个区域平均的基本相似有2-6年的显著周期.SOI指数对滞后的南海各个区域有较好的相关性.EOF分析表明第一模态整体呈单极型最大变率分布在南海南部,由南往北逐渐减小显著周期2-3年变化为主;第二模态呈偶极子型,显著周期以2-5年变化为主.回归分析表明南海南部深水区域呈现增深的趋势,而吕宋海峡至南海北部陆架区呈变浅趋势,滑动t检验表明南海MLD有6个显著的突变年份.     

太平洋表层海温的年代际变化

众所周知，ENSO(El Nino/ Southern Oscillation)是发生在热带太平洋的年际时间尺度上最强的气候信号，与 El Nino (La Nina)相应的正(负)海温距平(SSTA)主要分布于赤道中东太平洋地区(Rasmusson et al.，1982)。相对于热带太平洋的年际ENSO现象，人们注意到北太平洋海平面气压(SLP)存在更长周期的年代际变化(Trenberth et al.，1994)，有人认为这与北太平洋的表层温度(SST)变化有关(Latif et al.，1994)，也有人认为与热带SST的异常关系更为密切(Jacobs et al.，1994)。20世纪80年代后的ENSO事件和20世纪60，70年代有明显的差别(Wang，1995)，20世纪90年后El Nino发生频数增加，并且在1997和1998年出现了20世纪最强的一次Nino事件(McPhaden，1999)。 因此，不论是作为大气年代际变化可能的一个驱动因子，还是作为年际ENSO的背景场，从整体上了解太平洋SST的年代际时间尺度上的时、空变化特征都是十分重要的。     

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。     

热带大西洋年际和年代际变率的时空结构模拟

使用美国夏威夷大学发展的中等复杂程度海洋模式(IOM)在给定表面强迫条件下模拟了热带大西洋上层海洋年际和年代际变率的时空结构.利用NCEP的41a(1958～1998年)逐月平均表面资料作为强迫场,积分海洋模式41a作为控制试验,并利用模式分别做动量(风应力)通量和热量通量无异常变化的平行试验,与控制试验作比较.对3组试验模拟上层海洋变率状况的比较,并按年际和年代际时间尺度分别分析,揭示表面风应力和热通量异常对海表面温度和温跃层深度变化的影响,并比较了其影响的相对重要性.结果表明模式成功地模拟出了热带大西洋上层海洋的变率.模式模拟的海表面温度年际变化主要表现为弱ENSO型,年代际变化表现为南、北大西洋变化相反的偶极子型.在年际时间尺度上,热力强迫和动力强迫对海表温度变化都有贡献,其中赤道外海表面温度异常(SSTA)变化主要由热通量异常引起,而近赤道SSTA的变化主要由动量异常强迫引起.在年代际时间尺度上,热通量强迫的作用远比动量强迫重要.模式不仅能够模拟SST在年际和年代际时间尺度上的变率,还能够模拟温跃层深度在年际和年代际时间尺度上的变率.年际和年代际时间尺度上,温跃层深度的变率主要由动量异常决定,热通量异常强迫的贡献很小.     

南海潜热交换年际与年代际变化的分析探讨

根据一套客观分析潜热通量、基于绕岛理论诊断的南海贯穿流(LST)、南海热含量等月平均资料,分析南海表层潜热通量的年际和年代际变化特征。南海地区的潜热通量冬季强,春季的潜热通量弱;在秋冬季节,南海北部的潜热通量远大于南部;夏季南海潜热通量南部高于北部;从20世纪80年代初潜热通量逐渐增加。使用EOF经验正交分解,M-K检验方法分析南海潜热通量的多时间尺度变化,前3个模态的方差贡献率分别为:53.01%(主要为长期趋势)、17.4%(年代际变化)、6.71%(年际变化)。分析表明在年际尺度上南海贯穿流(LST)减少导致南海海表温度(SST)增温幅度上升,海气温差比湿差减小,从而导致潜热释放减少,潜热通量呈负异常;反之LST进入南海增多,海气温差比湿差变大,导致南海潜热损失减少,潜热通量呈正异常。     

最平滤波器在分析月平均潮位资料中的应用

应用数字滤波方法来消除验潮资料中的高频扰动而分离出海平面的趋势性变化，并设计了最平滤波器；对其幅频响应特性和相位特性的验证表明，最平滤波器的技术性能基本上是可靠的。应用最平滤波器对月平均验潮序列进行低通数字滤波，可以有效地消除验潮资料中的高频扰动，分离出低频变化。从数值计算过程、高频扰动机制及实测验潮资料的估算结果来看，低通数字滤波在确定海平面长期变化趋势中，对消除高频扰动的影响是非常重要而有效的。     

珠江三角洲的水位变化趋势及其本征模型

根据一元线性回归分析的正则方程计算了高频扰动对确定海平面变化趋势的确切影响。结果表明 ,在验潮记录较短的客观条件下 ,高频扰动对趋势项的影响是显著的 ,其中影响最显著的高频带是 f≥ 0 .0 2 0 8cpm ( circle per month) ,即对应的周期 T≤ 4 a的高频扰动。探讨用最平滤波器对月均验潮序列进行低通数字滤波预消除高频扰动的影响 ,由低通序列一元线性回归分析来估算珠江三角洲各站近 30 a来的水位变化率。应用经验正交函数( EOF)分析珠江三角洲水位变化的时空特征及计算其区域水位变化趋势 ,EOF分解表明 ,珠江三角洲水位变化总体呈上升趋势 ,区域水位的平均变化率为 2 .3mm/ a。     

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.     

太平洋次表层海温异常年际变率的信号通道与ENSO循环

利用SODA海洋同化资料,分析了太平洋次表层海温异常(SOTA)年际信号变异特征与ENSO循环的联系。结果表明,热带太平洋的年际变率表现为以160°W为纵轴的东西向和以6°—8°N为横轴的南北向的跷跷板分布,南太平洋和北太平洋中高纬度海洋的SOTA则与热带西太平洋SOTA同号,但强度较弱,这些变化都与ENSO事件密切相关,是ENSO事件的两个主要模态,具57和44个月显著周期。ENSO循环期间,热带西太平洋SOTA强信号中心沿赤道东传,到达赤道东太平洋后加强并北扩,导致ElNi?o或LaNi?a事件,同时从热带西太平洋有较弱SOTA信号向东北和西南传播,在南、北太平洋中高纬度海域产生弱SOTA;同期位于热带东太平洋反号的SOTA强信号中心沿10°—15°N(平均12°N)西传,至热带西太平洋后加强并南扩,为下次LaNi?a或ElNi?o事件准备条件,同时在北太平洋中高纬度海洋还存在着反号弱的SOTA。如此周而复始,完成ENSO循环。太平洋次表层海温年际变化信号除在赤道及以北的热带太平洋存在一个逆时针方向的传播通道外,同时在热带西太平洋有异常信号向南、北太平洋中高纬度海域传播,并指出ENSO循环期间太平洋次表层海温异常年际变率信号传播的可能通道。     

南印度洋副热带偶极子的年代际转变特征

为了增进对南印度洋副热带偶极子(Subtropical Indian Ocean Dipole,SIOD)年代际变化的认识,基于Hadley中心的海表面温度(sea surface temperature,SST)、美国国家环境预报中心的大气再分析数据集Ⅰ(NCEP-NCAR Reanalysis1,NCEP)的大气再分析数据和欧洲中期天气预报中心的海洋再分析数据(Ocean Reanalysis System 4,ORAS4)等,本文分析了1958～2020年SIOD年代际转变的特征和物理机制。结果显示,2000年之前,SIOD存在2～4 a和4～6 a两个年际主周期,但近20 a(2000～2020年)其年际变化周期以1.5～2.0 a为主。与此同时,SIOD的空间特征及其强度在1987年和2004年左右出现了两次显著的年代际转变:1958～1986年(P1)期间强度最大,1987～2003年(P2)期间最弱,2004～2020年(P3)期间居中;P1期间SIOD的最大正SST异常(sea surface temperature anomalies,SSTA)中心位于(46°～80...     

印尼贯穿流源区环流的多尺度变异及其科学重要性

印尼贯穿流源区指的是苏拉威西海东部、马鲁古海北部以及棉兰老岛以东和巴布亚新几内亚岛以北的海域,其海洋环流的结构和变异对全球大洋环流的物质和能量平衡以及气候变化有重要影响,但是却缺乏大规模的现代海洋观测。本文总结近几年来基金委西太平洋开放共享航次、全球变化研究国家重大科学研究计划项目以及中科院海洋先导专项项目——"主流系与西太平洋暖池变异机制及其气候效应"等项目在低纬度西太平洋和印尼贯穿流源区的观测成果,初步刻画了印尼贯穿流源区海洋环流的多尺度结构特性,阐明这一海区环流对厄尔尼诺与南方涛动(ENSO)动力学、季节内振荡研究以及全球变暖减缓和加速的重要性。介绍了项目团队在过去几年里,通过国际合作,促成中国科学院海洋研究所与印尼科学院海洋研究中心达成战略合作伙伴关系。目前,双方已经在印尼海和印尼贯穿流关键海峡进行了卓有成效的合作观测,建成了有史以来最大规模的印尼海同步潜标观测网,为探讨印尼贯穿流变异及其在全球气候变化的作用问题和服务国家"一带一路"倡议提供了坚实的数据基础。     

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。     

1992-2011年夏季南海西部离岸流区涡流相互作用特征

本文利用南海海洋再分析产品REDOS（Reanalysis Dataset of the South China Sea）和风场资料CCMP（Cross-Calibrated,Multi-Platform）,从能量学角度探讨了1992-2011年夏季（6-9月）越南离岸流区域涡-流相互作用特征,并通过能量收支方程诊断评估了风应力、压力梯度、正压不稳定以及平流的相对贡献。以越南离岸流的强度作为分类标准,对1992-2011年划分为正异常年、负异常年和正常年。结果表明,在正异常年,涡动能EKE（Eddy Kinetic Energy）和涡势能EPE（Eddy available Potential Energy）极大值主要分布在越南离岸流附近;在负异常年,EKE极大值向南北两侧分散,EPE极大值向北延伸;在正常年,EKE和EPE的极值空间分布介于正负异常之间。斜压不稳定是EPE年际变化的主要因素,越南离岸流影响周围海域的速度和密度分布,是斜压不稳定的主要原因。而影响EKE年际变化的因素较为复杂,压力做功是最主要的影响因素,风应力做功和平流做功次之,正压不稳定最小,其中正压不稳定依赖于流速大小和由风应力旋度扰动引起的上层水平流速剪切。     

南海中尺度涡年际变化特征及动力机制分析

基于Okubo-Weiss函数方法对20年高度计资料进行涡旋识别,分析了南海中尺度涡的时空分布,初步研究了中尺度涡旋活动的年际变化特征及其可能的动力机制。结果显示,南海中尺度涡旋活动具有较为显著的年际变化特征,通过对涡旋个数、涡区面积、涡动能计算分析表明涡旋活动与ENSO现象遥相关:南海中尺度涡活动在ElNio年较弱,在LaNia年较强。可用风场异常解释南海中尺度涡的年际变化与ENSO现象的负相关关系。ElNio期间南海年平均意义下的东北风场减弱,风应力旋度绝对值减小,从而导致了较弱的涡旋活动,相反LaNia期间强劲的风场导致了涡旋活动增强。     

PN断面东海黑潮的地转经验模态分析

基于东海PN断面近50年的历史水文数据,本文中作者应用一种斜压流函数空间投影的方法分析冲绳海槽北部黑潮水团的季节性和年代际变异.诊断生成的地转经验模态(GEM)显示黑潮中层水的盐度在夏季相对较低,春季达到最高.通过比较1987年之后CTD数据生成的GEM场与1987年之前BOttle数据生成的GEM场,得以证实黑潮的年代际变化特征,即黑潮表层水近20年来温度升高而盐度减小,同时发现黑潮热带水具有盐度增加而中层水具有盐度减小的趋势.