渤黄海海平面的变化及其与ENSO的关系

利用1992年12月至2007年5月的高度计资料,研究了渤黄海海平面的变化特征。统计分析表明,近14a间渤海及北黄海、中央黄海海平面的平均上升高度分别为45.9mm和34.7mm,各海域的海平面上升速度不完全相同。研究发现,南方涛动指数(SOI)、纬向风应力距平都与渤海及北黄海、中央黄海的SLA呈负相关性,渤黄海海平面显著受SOI、纬向风应力调制,并且,SOI与渤黄海海域的风场之间有良好相关。将坐标系进行旋转后,获得与当地海平面异常相关最大的风应力方向。对SLA与新坐标系下风应力距平u的低频分量分析发现,渤海及北黄海海区、中央黄海对海平面影响最大的风应力距平u方向分别为东偏南20°方向、东偏南8°方向,风应力距平u分量与SLA、SOI的低频分量呈现更好的相关性。ENSO通过大气环流过程对渤黄海海域的风场产生影响,当地风场通过纬向风应力对渤黄海海平面的年际变化产生调制作用。因此,ENSO可以通过风应力对渤黄海海平面产生影响。     

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。     

中国近海海平面高度异常特征的初步分析

本文利用TOPEX／POSEIDON高度计资料,计算了中国近海渤海、两巴海峡、黄海、东海中部和南海北部等五个典型区域海平面高度异常特征指数,分析了各海区特征指数的振幅变化规律及周期,并用这些指数与海平面风场及温度场分别进行了相关分析。结果表明：我国近海海平面高度异常除黄海外各海区都具有显著周期变化。异常指数与风速正相关主要分布在西太平洋中低纬海域,负相关区域主要位于中亚至我国大陆西部和中太平洋近赤道海域,与温度场正相关区分别位于非洲大陆南部、澳洲大陆南部和南美大陆中南部,负值相关区主要位于北印度洋和东太平洋海域。与温度相关场分布表明中国近海海平面高度异常与ENSO现象有关。     

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。     

近50年来南海西沙群岛海域气候异常的ENSO效应

利用1958-2005年(共48年)有关南海西沙群岛的气象资料与ENSO观测资料,从气温、降雨、台风3个方面研究南海西沙群岛海域气候异常与ENSO事件之间的关系.结果表明,南海西沙群岛海域气候异常与ENSO事件存在非常密切的关系,具体表现如下.气温方面,南海西沙群岛海域逐月气温距平百分率与月ENSO指数存在显著的统计正相关关系,在厄尔尼诺期间一般表现为气温偏高(正距平),拉尼娜期间则相反;功率谱分析显示该地区气温异常存在明显的周期性,并且周期与ENSO事件的周期非常一致.降雨方面,年平均ENSO指数与西沙群岛海域年降水量存在显著负相关,典型拉尼娜年的降雨量比厄尔尼诺年多约50%.台风方面,ENSO指数与到达该地区的热带气旋频次存在显著的统计负相关关系,在厄尔尼诺期间的热带气旋频次比拉尼娜期间明显要少.     

ENSO对中国近海海平面影响的区域特征研究

使用卫星测高、海表温度以及中国沿海台站水位等数据，分析研究了ENSO对中国近海海平面影响的区域特征。结果表明:（1）赤道东太平洋海表温度与我国近海海平面存在显著的遥相关关系。相关系数自北至南呈梯度递增，分为3个影响明显的区域，分别是渤、黄海、东海和南海海域。南海海平面异常与赤道东太平洋区域的海表温度异常相关性最强，大部分区域的相关系数超过了0.6；东海海域海平面异常与赤道东太平洋海表温度的遥相关系数弱于南海，强于渤、黄海，大部分海域的遥相关系数超过了0.4；渤、黄海海域海平面异常与赤道东太平洋海表温度的遥相关系数最弱，但是大部分海域的遥相关系数超过了0.3，通过了显著性检验。（2）中国沿海海平面的季节变化与ENSO有明显的相关关系，且影响范围具有明显的区域特征，以长江口和台湾海峡为分界线分为长江口以北、长江口到台湾海峡以及台湾海峡以南3个区域。海平面的年振幅在厄尔尼诺年均出现偏低的现象，并且年振幅的极小值均出现在厄尔尼诺年。另外，海平面的年振幅对厄尔尼诺事件的响应与其强弱有关，在强厄尔尼诺事件中，响应区域和幅度较大，弱事件中，响应区域和幅度偏小。（3）南海、东海和渤、黄海这3个区域沿海的海平面变化均存在4~7 a的显著振荡周期，说明这3个区域的海平面均受ENSO的影响。其中，南海7 a周期的振荡幅度最大，约为1.5 cm；东海7 a周期的振荡幅度次之，约为1.3 cm；渤、黄海6 a周期的振荡幅度最小，不到1 cm。     

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。     

北印度洋净热通量的季节、年际和年代际变化

根据月平均热通量(TropFlux)资料,使用相关分析和线性倾向估计以及经验正交分解(EOF)等方法,标记5个特征海区,以反映北印度洋净热通量的季节、年际和年代际变化特征。结果显示：冬季阿拉伯海失热区比孟加拉湾失热区失热多;夏季只有亚丁湾海域失热,斯科特拉区得热量值和赤道区相当。北印度洋净热通量季节分布呈现春季峰值大于秋季的双峰分布。近些年来,阿拉伯海和亚丁湾海域失热减小,孟加拉湾失热增多,赤道得热有下降的趋势。阿拉伯海、孟加拉湾和亚丁湾失热区净热通量的季节、年际和年代际变化主要由潜热和感热决定,亚丁湾夏季失热还与长波辐射有关。冬季净热通量异常场分解出3个独立模态,累计贡献率可达53.87%,第一模态为主模态,阿拉伯海失热区失热减少、孟加拉湾失热区失热增多的年代际变化特征。夏季净热通量异常场前3个模态的累计贡献率为57.42%,第一模态为主模态,北印度洋全场一致性得热,且以热带印度洋西部为最强的年代际变化。     

印度尼西亚贯穿流的年际变化:一个全球变网格海洋模式的初步模拟结果

使用1994～2000年NCEP风应力资料驱动全球变网格环流模式，得出印度尼西亚贯穿流(ITF)流量的年际变化时间序列。模拟结果显示：ITF流量的年际变化与太平洋和印度洋的年际变化均有密切联系，在El Ni~↑no年流量偏低，在La Ni~↑no年流量偏高；ITF流量的年际变化与Ni~↑no 3区指数呈显著负相关，Ni~↑no 3区指数超前ITF流量2个月时负相关系数达到最大，为-0．81；与南方涛动指数(SOI)明显呈正相关，SOI超前ITF流量2个月时相关系数达到最大，为0．72；与印度洋偶极子(IOD)指数负相关，IOD指数超前ITF流量3个月时负相关系数达到最大，为-0．74。     

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。     

热带西太平洋潜热显热通量及其与ENSO的关系

本文根据综合海洋大气资料(COADS),用块体动力学公式计算了热带西太平洋潜热、显热通量以及风场的季节变化和年际变化,发现研究区域海气热交换与ENSO现象有密切联系.平均而言,从埃尔尼诺开始(3月)至当年7月,热通量及风速标量均为正距平,8月至翌年3月埃尔尼诺结束为负距平;历年3月至7月热通量和组成的时间序列(30年)与赤道东太平洋SST指数成正相关(相关系数为0.56);3月至7月的正距平是由经向风速异常造成的,而8月至翌年3月的负距平是纬向风速异常造成的.热带西太平洋的热通量异常是ENSO现象在这一区域内的一种反应,而这种反应又会对这一区域的海洋和大气产生一定的反馈作用.本文认为埃尔尼诺年8—12月海气间水汽、热通量输送偏少可能是同期台风减少的一种机制.     

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。     

孟加拉湾海平面异常的年际变化及其对ENSO的响应

利用卫星高度计数据分析了1993年1月至2009年12月孟加拉湾海平面变化特征。分析表明,孟加拉湾海平面的平均上升速率为1.9mm/a。孟加拉湾SLA(海平面异常)明显地受ENSO(厄尔尼诺与南方涛动)循环的调制,前者对东太平洋海表面温度异常Nino3指数呈现显著的反位相相关。厄尔尼诺事件发生时(如1997年),孟加拉湾平均SLA呈现负值;拉尼娜事件发生时(如1998年),孟加拉湾平均SLA呈现正值。ENSO循环通过孟加拉湾海域风场异常和赤道处的西风异常来影响孟加拉湾SLA。厄尔尼诺事件发生前,首先在西太/东印度洋出现赤道西风异常,之后孟加拉湾上空出现反气旋式风场异常,通过Ekman抽吸使得海湾四周的海平面异常下降,海湾中心的海平面异常上升;拉尼娜事件发生时则正好相反。比容海平面异常对孟加拉湾平均海平面异常的年际变化也有贡献。经小波相干分析发现,在3.5—5.0年周期的范围,孟加拉湾的比容海平面异常和Nino3指数存在位相相反的相干;由于孟加拉湾是西太-东印度洋暖池的一部分,当厄尔尼诺事件发生时,暖池温度下降,孟加拉湾海水温度也下降,故热胀冷缩引起比容海平面降低。     

近50年东中国海潜热通量的变化

利用1958—2006年OAFlux热通量资料,分析了东中国海海域潜热通量的长期变化特征,并探讨了与局地和太平洋海域影响因素的关系。结果表明:近50 a东中国海潜热通量显著增加,沿黑潮主轴增幅最大。通过分析阿留申低压区(30°N～60°N,160°E～140°W)风场的变化,发现其风应力旋度与东中国海潜热通量变化的主要影响因素海气比湿差存在显著的正相关,表明可能是北太平洋风应力旋度的变化而不是东中国海域风场的变化导致了潜热的长期增加。超前和滞后相关分析表明,东中国潜热通量的变化比北太平洋风应力旋度的变化存在4 a左右的延迟,可能是副热带环流对风场变化调整所需的时间。     

基于CESM预测系统对全球关键海区海温主要模态后报能力评估

基于HadISST、ERSST和OISST 3种再分析海表面温度数据集，对CESM1全球气候预测系统模拟的重点海域海温的主要模态进行了评估。结果表明，模式能够基本再现再分析资料表征的海表面温度异常时空特征，5个关键海区海表面温度异常EOF分析前两个模态，超前1个月的后报结果均有较高的可预报性。特别是热带太平洋第一模态（ENSO模态），超前3个月的后报与再分析相关系数能够达到0.79，能够为ENSO的预报提供宝贵参考。模式不可避免的存在较多误差，空间上表现为海表面温度异常（SSTA）显著区域的范围以及位置的差异，特别值得注意的是热带印度洋SSTA第一模态存在一个伪印度洋偶极子模态，同时此海区也是3种再分析资料SSTA第一模态空间差异最大的区域；时间序列上均表现出异常高频信号和异常波动情况，误差的大小通常是由同化、超前1月后报、超前3月后报逐渐增大，体现出初始误差随着积分逐渐积累的特征。热带大西洋SSTA第一模态时间序列前5年的位相存在明显偏差，将其剔除后，其时间序列与再分析资料的相关性有实质性改善。     

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。     

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。     

夏季巴拉望岛西北部海域净热通量的时空变化特征和形成机理初析

利用OAFLUX气候态月平均热通量资料及TMI云量、降雨、SST和QuikScat风场资料,对南海、特别是巴拉望岛西北海域净热通量的时空特征进行了深入分析.研究发现,夏季在巴拉望岛西北海域存在一局域净热通量极小值区,在7月份该海域海洋甚至呈现失热达20 W/m2情况.分析认为该局地净热通量异常可能与南海暖水的发生、发展有关,即由于西南季风爆发,巴拉望岛西北海域对流加强,一方面,蒸发增大使得潜热增大、云量增多,导致入射太阳短波辐射的减少;另一方面,降水的增大使得该海域出现障碍层现象,障碍层导致的局地海温正反馈进一步增强了局地对流,从而加剧海洋失热过程,促成了巴拉望岛西北海域净热通量局地异常的出现.进一步的经验正交模态（EOF）分析表明,在季节变化尺度上,南海净热通量的第一模态（89.1%）呈同位相变化,反映了南海受冬、夏季风的交替驱动特征;其中南海北部（海南岛至台湾海峡南段的带状海域）为振幅最大区,这与该海域存在年平均最大风速有关;第二模态（10.0%）以吕宋岛至雷州半岛一线为界,南北两侧反相,并具有显著的局域特征;不仅反映了黑潮入侵与南海环流的季节变化,而且还发现巴拉望岛西北海域存在一局地极值域,对应夏季净热通量异常区.     

东中国海海平面高度的时空变化特征

基于AVISO卫星高度计数据,采用小波分析和EOF分析方法,对1993—2015年东中国海海平面高度的时空变化进行分析,结合海水温度比容效应和ENSO过程探讨了海平面高度变化成因。东中国海海平面高度具有明显的季节变化,冬春季较低,夏秋季较高,且SSH极值滞后海水温度极值月份一个月出现。东中国海海平面高度整体为北低南高,由于海区水深和水文动力过程的影响,不同季节SSH空间分布区域性强。在23年间,海平面高度平均线性上升速率为2.82mm/a,具有1a、2.2a的特征变化周期。EOF分析三个主要模态依次反映了海水温度比容效应的季节变化、水动力过程的季节变化和ENSO事件的年际变化对东中国海海平面高度的影响。     

热通量估算比容海平面变化的结果分析

基于海表净热通量数据估算上层比容海平面变化,同时将估算结果与严格基于温盐定义计算的比容海平面变化和卫星高度计实测海平面变化进行对比,结果显示:季节尺度上,在黑潮延伸体和湾流海域,利用热通量数据估算的比容变化与利用定义计算的比容变化差异不大,且可以很好地解释实测海平面变化;而在热带太平洋海域,热通量估算结果与利用定义计算的比容结果有很大不同,而前者更接近于高度计实测结果;低频时间尺度上,上述海域热通量估算结果不能很好地刻画实测海平面变化,而利用定义计算的比容结果却与实测数据符合很好。