冬半年海洋与大气的相互作用

海洋占地球表面积的71%左右,海洋的热容量比大气大1200多倍,因此它对太阳辐射的热量起着“贮存器”与“调节器”的作用,是影响长期天气过程的重要角色.气象工作者数十年之前已经开始注意海水表面温度的变化与大气环流及长期天气变化之间的相互关系,进行过不少研究.70年代以来,在一些国家,其中包括我国,应用海温做长期预报取得了一定成绩.然而人们至今对长期天气过程中海气相互作用的机制却了解甚少,甚至对同一个月份海洋与大气环流异常到底有什么关系也不十分清楚.因此,在海气相互作用的研究中,经常遇到两种似乎截然相反的观点,有的作者强调海洋对大气的作用,而有的作者则又强调大气对海洋的作用,甚至同一作者有时主张前一观点,有时又强调后一观点.     

南沙暖水变化及其与ENSO和西太副高的耦合关系

南沙暖水域位于南海南部,濒临赤道,处于Walker环流上升区和南北半球气流交换的通道上,是南海海温较高的区域,也是海气相互作用的敏感地区。热带海域海洋及大气环流的变化对该海域海温的变化有着重要影响。 以往的研究表明,南海海温与赤道中、东太平洋水温和西太平洋副热带高压关系密切(钮智旺,1994;陈永利,1996)。南海是一个半封闭性海域,南海海温的变化与热带西太平洋水温之间具有非“承接”性(周发琇,1991),与西太平洋之间的水体交换不可能是引起南海海温变化的主要原因。那么,赤道中、东太平洋海温及副高是通过什么过程影响南海海温呢?它们之间的相互关系如何?西太平洋副热带高压是控制南海海域的主要天气系统，厄尔尼诺和南方涛动是热带太平洋地区海洋、大气中的两种大尺度异常现象,南海海温与它们之间的耦合关系可能就是影响海温变化的过程。本文根据综合海洋大气资料(COADS),分析了南沙暖水的变化与南海海温的关系,并借助功率谱和交叉谱分析了南沙暖水的变化周期以及与赤道东、中太平洋水温、南方涛动和西太副高之间的显著耦合频域及相互耦合振荡关系,以探讨南沙暖水与ENSO(埃尔尼诺-南方涛动)和西太副高之间的内在联系及海温变化的原因,对于研究南沙暖水域及南海海温变化的物理成因有着重要意义。     

海—气相互作用概述

前言 海-气相互作用问题是近代地球物理科学中发展极为迅速的一个分支。它研究海洋和大气之间物物质（如水份）、能量（如热量）和动量的交换,以及相应的海洋和大气的运动及主要物理量分布的相互制约的关系。世界海洋是大气的热量和水份的主要供应者,它对地球气候的形成、维持及变化起着决定性的影响。海-气相互作用提供了月、季以至更长时效的天气气候预报的物理基础,延长了大气对长期天气过程的“记忆力”。海洋和大气耦合构成了丰富多采的长期天气演变图景。了解海洋有助于我们更好地研究大气环流和天气气候形成、演变的机理。一些重要的天气气候现象都与海-气相互作用有关,如E1 N(?)o、 ENSO、遥相关以及大范围的干旱等。在30天以上的长期天气数值预报中必须考虑外强迫力的作用,其中最重要的是海     

山东省夏季降水与北太平洋海温场的相关分析

一、前言海洋(平均深度3795米,占地球表面积的71％),热容量为大气的1200倍。它经常以感热、潜热的形式为大气提供能量。特别是热带海洋,无疑对大气环流和长期天气过程是一个十分重要的影响因素。目前,许多研究单位和气象台(站)进行了海温与夏季降水的相关普查,并投入了预报使用。陈烈庭指出:整个北太平洋付热带高压(以下简称付高)对赤道表层海水温度(以下简称海温或写作SST)的响应最敏感的区域是北太平洋中部地区——即对流层中层付高位置。这可能反映了赤道海温与付高反馈振荡过程的背景条件。海洋的热容量大,海温的持续性强,对大气的热力作用也往往能长时间的维持。纳米阿斯指出:海温具有1—8个季度的滞后相关,且冬季——夏季较夏季——冬季持续性强。海洋供给、维持     

地球自转变速可能对大气和海洋运动的影响

本文从一个理想的地球大气和地球海洋出发,研究了固体地球自转角速度变化引起的大气和海洋的附加运动。结果论出,地球自转减慢时,附加的经向气流和经向海流向赤道辐合,纬向气流和海流有向东的分量,地球自转加快时则情形相反。分析认为地球自转速度在几年内的起伏可引起大气和海洋的异常运动并可激发出埃尔-尼诺形成时的海洋波动。     

北太平洋海温场的时空特征分析

近年来运用海表温度作副热带高压和长期天气预报方面取得了显著效果,为了进一步探讨海洋对气候和长期天气过程的影响,必须重视海温场的特征分析。这几年已有一些工作[1,3,7],从不同侧面对北太平洋海温场进行研究。本文试图从海—气相互作用的角度分析北太平洋海温场的时空分布特征及其年际变动,进而讨论它们对大气的影响。     

非埃尔—尼诺时期热带海洋对大气环流的影响

本文通过对热带海洋非埃尔-尼诺时期海温场的一种重要分布形式——海温场EOF展开第一特征向量场与高低空大气的相关分析和谱分析发现,该类海温分布典型场不仅对高空大气的起伏振荡有重要影响。而且与低空大气的涛动现象关系密切,其变化领先于低纬涛动现象4～5个月,可能是低纬涛动现象的启动因子。     

南海加热场对副热带高压及其汛期降水的影响

本文通过分析,指出长江中、下游汛期降水与西太平洋副热带高压的脊线和西伸脊点的位置有密切的关系,而副热带高压的脊线异常变化,则受到南海加热场的影响,并发现南海夏季热交换值与前期叹季）海温场的异常变化有联系,该区海温场的年际变化与黑潮区域的海温场变化非常一致,因此。指出南海区域冬季海温场及其影响的热交换值,对大气环流和汛期降水的影响是不可忽视的一个重要因子,在研究海洋与大气间的相互作用过程中应引起注意。     

IPCC耦合模式对北太平洋海-气系统冬季重现的模拟

冬季重现(再现)是中高纬度大尺度海表温度重要的持续性特征，是热带外海洋特有的现象。北太平洋大气环流也存在这一现象，它可能会强迫产生这一海域海温的冬季重现。本文利用IPCC 20C3M耦合模式资料，评估了耦合模式模拟北太平洋海–气系统冬季重现的能力。北太平洋海温冬季重现的空间范围是海盆尺度的，中部重现时间比其周围晚。大气环流场的冬季重现主要是在北太平洋中部，它与海温冬季重现关系密切。大多数IPCC耦合模式基本上可以模拟出太平洋海温大范围的冬季重现现象。与重现范围的模拟相比，耦合模式对重现时间地理差异的模拟都比较差。各模式对大气环流冬季重现时空分布特征的模拟较差，大部分模式未能模拟出大气环流场中主要的重现区域。而且，大气环流冬季重现对海温重现的可能影响并没有体现在这些耦合模式中。耦合模式对北太平洋大气冬季重现的模拟还有待改善。     

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。     

Coupling a two-way nested primitive equation model and a statistical SST predictor of the Ligurian Sea via data assimilation

A primitive equation model and a statistical predictor are coupled by data assimilation in order to combine the strength of both approaches. In this work, the system of two-way nested models centred in the Ligurian Sea and the satellite-based ocean forecasting (SOFT) system predicting the sea surface temperature (SST) are used. The data assimilation scheme is a simplified reduced order Kalman filter based on a constant error space. The assimilation of predicted SST improves the forecast of the hydrodynamic model compared to the forecast obtained by assimilating past SST observations used by the statistical predictor. This study shows that the SST of the SOFT predictor can be used to correct atmospheric heat fluxes. Traditionally this is done by relaxing the model SST towards the climatological SST. Therefore, the assimilation of SOFT SST and climatological SST are also compared.     

风应力桥梁作用下热带太平洋和热带印度洋相互作用的数值试验

利用中等复杂程度全球热带大气和热带海洋模式的数值试验,模拟分析了热带太平洋和热带印度洋通过风应力桥梁的相互作用过程.利用NCEP再分析的1958～1998年SST强迫大气模式得到的风应力与NCEP再分析的同期热通量共同驱动海洋模式,作为控制试验;和控制试验平行,但强迫大气模式的SST在某一海盆取为多年气候平均值的试验作为敏感性试验.比较控制试验与敏感性试验模拟的SST变率,揭示了热带某海盆SST异常通过风应力桥梁作用对其他海盆SST的影响及其过程.数值试验结果表明:热带某海盆SST暖(冷)异常一般总是引起该海盆上空西部西(东)风异常和东部东(西)风异常;热带太平洋SST暖(冷)异常导致年际尺度上印度洋上空东(西)风异常和年代际尺度上热带印度洋风场辐散(合),该风应力导致热带印度洋年际SST暖(冷)异常以及年代际SST冷(暖)异常,但这种异常均较弱;热带印度洋SST暖(冷)异常导致热带太平洋上空东(西)风异常,该风应力异常在年际和年代际尺度上均导致热带太平洋SST冷(暖)异常,但年代际尺度上异常更明显.考虑到热带印度洋SSTA受热带太平洋SSTA影响大,并且热带太平洋SST暖(冷)异常主要通过表面热通量导致热带印度洋SST变暖(冷)的观测事实,文中揭示的热带印度洋SST暖(冷)异常通过风应力桥梁作用导致热带太平洋SST冷(暖)异常的结果表明,热带印度洋SSTA对于热带太平洋SSTA主要起着一种负反馈作用,并且这种负反馈作用在年代际尺度上更为明显.     

黑潮弯曲时的北太平洋冬季海温异常对大气低频振荡的影响

利用中科院大气物理研究所开放实验室ＩＡＰ－ＡＧＣＭ（二层大气环流模式），针对黑潮弯曲时的北太平洋冬季表层海温（ＳＳＴ）异常进行八个月的数值积分试验。试验结果表明：黑潮弯曲时北太平洋冬季ＳＳＴ异常对大气低频振荡的影响具有明显的３０－６０ｄ振荡的特征；在北半球的３０－６０ｄ振荡，大部分地区为向西传播，在南半球则为向东传播；其经向传播较为复杂，在１２０°Ｅ剖面上以向南传播为主；热带地区受此ＳＳＴ异常的影响以西太平洋、印度洋大气加热场的３０－６０ｄ振荡为主要标志。     

北太平洋副热带海洋环流强度异常对长江中下游夏季降水的影响

利用SODA资料和ECCO资料计算得到的北太平洋副热带海洋环流强度,和国家气候中心整编的中国160站逐月降水资料,结合NCEP/NCAR再分析资料和Hadley中心海表面温度资料,分析了1970－2007年海洋环流强度异常同期的大尺度大气环流异常特征及对中国东部夏季降水的影响。结果表明:海洋环流强度变化与长江中下游地区降水存在密切的反相关。环流强度异常可以通过影响西太平洋副热带高压的南北位置异常进而影响长江中下游降水。海洋环流偏弱时,副高位置偏南,长江中下游地区受气旋性环流异常影响,来自副高西北侧的强西南水汽输送至此,在该地区形成强水汽辐合中心,同时伴随上升运动加强和对流的加强,进一步导致该地区降水偏多;当海洋环流偏强时,西太平洋副高位置偏北,长江中下游地区受反气旋性环流异常影响,伴随辐散下沉及水汽辐散,导致该地区降水偏少;海洋环流强度异常导致的中纬度海区海表面温度异常,可能是导致副高南北位置异常的主要原因。     

黑潮区域表层水温变异特征及其对大气环流响应的初步分析

海洋和大气是一个不断相互作用的复杂的耦合系统,其相互作用的结果对长期天气过程的演变以及海洋环境的变化都有着重大的影响。从六十年代开始,这一研究课题就引起了海洋学家和气象学家的广泛重视。如Bjerknes指出，赤道海温及其相应的环流有准两年周期,表明了海表温度与中低纬度环流之间的关系; Namias指出,海表温度与海平面气压场的关系密切,可以用预报的海平面平均气压场的分布来预报下个月的海表温度。目前在数值模拟试验中,也将海气相互作用加以参数化考虑进去,提高了预报精度。本文拟以平均资料,准定量地分析黑潮地区表层水温的变异特性及其物理过程,并在此基础上探讨它与大气环流的关系。 文中的海表温度资料,1951-1962年取自美国的北太平洋海面温度资料,1963-1972年取自日本的北太平洋气候表,1973年以后采用我国海洋局水文气象总台整理的资料,北半球500毫巴高度采用上海气象台整理的资料,热量平衡各分量的计算值取自西北太平洋海面热量平衡图集。     

热带太平洋与热带大西洋海表温度主模态的相互作用

根据英国Hadley气候中心的海表温度资料和美国NCEP/NCAR中心的大气资料,研究了热带太平洋与热带大西洋海表温度主模态的相互作用。热带太平洋的ENSO可以导致大西洋Nino模态或经向偶极子模态,这主要是通过热带海洋-大气相互作用,或大气的太平洋-北美遥相关过程实现的。大西洋Nino模态的暖(冷)位相会导致赤道中东太平洋的海表温度降低(升高)。这可能是通过两种途径完成的:一种可能是大西洋Nino使印度洋增暖(变冷),进而引起赤道中太平洋的东(西)风异常,通过海洋-大气相互作用正反馈机制能发展成为La Nina(El Nino),使赤道东太平洋海温降低(升高);另一种可能是大西洋Nino直接可以导致太平洋Walker环流增强(减弱),从而使赤道东太平洋海温降低(升高)。     

Diurnal sea surface temperature variation and its impact on the atmosphere and ocean: A review

The importance of the diurnal variability of sea surface temperature (SST) on air-sea interaction is now being increasingly recognized. This review synthesizes knowledge of the diurnal SST variation, mainly paying attention to its impact on the atmosphere or the ocean. Diurnal SST warming becomes evident when the surface wind is weak and insolation is strong. Recent observations using satellite data and advanced instruments have revealed that a large diurnal SST rise occurs over wide areas in a specific season, and in an extreme case the diurnal amplitude of SST exceeds 5 K. The large diurnal SST rise can lead to an increase in net surface heat flux from the ocean of 50–60 Wm⁻² in the daytime. The temporal mean of the increase exceeds 10 Wm⁻², which will be non-negligible for the atmosphere. A few numerical experiments have indicated that the diurnal SST variation can modify atmospheric properties over the Pacific warm pool or a coastal sea, but the processes underlying the modification have not yet been investigated in detail. Furthermore, it has been shown that the diurnal change of ocean mixing process near the surface must be considered correctly in order to reproduce SST variations on an intraseasonal scale in a numerical model. The variation of mixed-layer properties on the daily scale is nonlinearly related to the intraseasonal variability. The mixed-layer deepening/shoaling process on the daily scale will also be related to biological and material circulation processes.     

用HJ-1B IRS数据反演海表温度的2种辐射传输方程改进算法

针对使用NCEP再分析数据和辐射传输方程法反演SST出现偏差较大的问题,以HJ-1B SST反演为例,从修正大气透过率入手,提出中心点算法和均值点算法2种辐射传输方程改进算法。2种改进算法对大气透过率偏差和HJ SST反演偏差均有明显改善,反演的HJ SST与MODIS SST均呈现显著的一致性。MODIS SST验证表明2种改进算法的平均偏差和均方差在0.5 ℃左右;浮标SST验证表明均值点算法的反演精度较高,其平均偏差为0.55 ℃,而中心点算法的为0.81 ℃。     

气候模式中海洋数据同化对热带降水偏差的影响

本文采用海洋卫星观测海表温度(SST)和海面高度异常(SLA)数据,对国家海洋局第一海洋研究所地球系统模式FIO-ESM(First Institute of Oceanography Earth System Model version 1.0)中海洋模式分量进行了集合调整卡尔曼滤波(EAKF)同化,对比分析了大气环流、湿度和云量对海洋数据同化的响应,探讨了海洋同化对热带降水模拟偏差的影响。结果表明:海洋数据同化能有效改善海表温度和上层海洋热含量的模拟,30°S~30°N纬度带内年平均SST的绝均差降低60%。同化后大气模式模拟的赤道两侧信风得到明显改善,上升气流在赤道以北热带地区增强而在赤道以南热带地区减弱,热带降水模拟的动力结构更为合理,水汽和云量分布也更切合实际。热带年平均降水的空间分布和强度在同化后均得到改善,赤道以南的纬向年平均降水峰值显著降低,降水偏差明显减小,同化后30°S~30°N纬度带内年平均降水绝均差降低35%。     

INTERACTION BETWEEN SEA SURFACE TEMPERATURE AND ATMOSPHERIC CIRCULATION IN WINTER HALF YEAR

As oceans cover about 71% of the Earth's surface and have bigger thermal capacitythan the air, they act as a storage and regulator of solar radiation, and therefore, playan important part in the formation of long-range weather process. Many meteorologistshave been studying the interaction between the sea surface temperature (SST) and theatmospheric circulation. Some of them emphasize the active role of the oceans andconsider that the variations of SST control the atmospheric circulation anomalies, butothers often express different viewpoints. What relation really exists between the oceanand the atmosphere? To answer this question, one must pay more attention to the spatialand temporal variations in the relationship between circulation and SST. The purposeof the present paper is to get a better understanding of their variations.