太平洋海－气热通量与长江流域降水及东亚500 hPa环流的遥相关

本文采用对两种气象要素场的相关场作ＥＯＦ分解的方法，对１９５１－１９７９年太平洋海－气感热、潜热通量与长江流域降水和东亚５００hPa环流作了分析。结果表明，太平洋海－气感热、潜热通量与后期（τ＝６）长江流域降水存在显著相关区，感热和潜热的异常分布能造成长江流域降水分布不均。同时，冬季（１２—２月）太平洋潜热通量的变化与夏季（６—８月）对流层中层的赤道辐合带、副热带高压等系统有较密切的联系。     

南海地区热通量的时空变化特征

本文利用美国 NCEP1958-1998 年高斯网格月平均再分析资料,分析了南海及周边地区(0～20°N,100～125°E)热通量(包括潜热通量和感热通量)的时空变化,结果表明该潜热通量、感热通量具有明显的季节转换特征.南海中部海区是潜热通量、感热通量季节变化最剧烈的关键区,南海季风对潜热、感热输送均有影响,并且蒸发潜热输送大于感热输送.EOF 分析表明,风速对潜热、感热输送贡献较大,另外气温和相对湿度对潜热输送有贡献,而水温与气温差对感热输送有贡献.整个南海地区潜热通量、感热通量具有明显的年际变化特征,潜热通量存在5～8 a 以及 2 a 左右的周期振动,而感热通量只有 5～8 a 的周期振动.     

前期春季西北太平洋潜热通量与中国南方秋季降水的联系及其可能的物理机制

利用中国科学院海洋研究所提供的印度洋—太平洋海洋热通量资料,研究了1989—2010年中国南方地区秋季降水与前期春季西北太平洋潜热通量年际变化的联系,并讨论了其可能的物理机制。结果表明,前期春季4月西北太平洋(15°—30°N,150°—170°E)潜热通量与中国南方秋季降水有显著的正相关,当前期关键区潜热通量偏高(低)时,则中国南方秋季降水偏多(少)。分析发现前期关键区潜热通量强弱主要由西北太平洋上空气旋性风切变造成,当前期4月关键区潜热通量偏大时,该关键区正处于西北太平洋上空气旋性风切变北侧大风区中,而在其南侧的赤道强西风使得日界线附近出现海温偏高。随后,次表层高海温伴随开尔文波东传,相应地其北侧的低海温伴随罗斯贝波西传,于秋季西传至热带西太平洋地区,并激发出菲律宾反气旋,从而有利于热带洋面暖湿水汽向中国南方输送,使得南方地区降水偏多,反之亦然。     

高温和台风影响下的苏州城市粗糙子层湍流通量特征

利用苏州地区2011年12月20日—2012年8月13日的湍流观测资料对不同季节、高温、台风强天气过程下的湍流特征进行分析。结果表明:城市地区不同季节动量通量、感热通量、潜热通量日变化明显,各通量的夏季平均值、最大值均高于冬春季,夏季感热通量日最大值为160.2 W·m^-2,感热在城市地表能量平衡中的作用大于潜热,各季节潜热通量平均值仅为感热通量的40%~45%。降水量和植被覆盖度影响地表能量平衡,尤其影响地表热量在感热和潜热之间的分配。在高温天气过程中,感热通量增加明显,其峰值约是夏季平均的1.93倍。由于水汽较少,潜热通量明显减少,约为夏季日平均值的60%。速度三分量谱中u谱与w谱在低频区存在两个峰值,说明在城市复杂下垫面里,湍流激发机制中存在低频过程的影响。在台风天气过程中,动量通量大且变化快,感热输送弱,潜热输送波动大。速度谱w基本不符合"-5/3"次律,惯性子区最小且向高频移动,这和台风内部的复杂上升下沉气流有关。     

北太平洋海气界面湍流热通量的年际变化

本文采用美国伍兹霍尔海洋研究所客观分析海气通量项目提供的1958～2006年月平均的湍流热通量及相关气象场数据, 利用EOF分析、小扰动方法、线性回归、相关分析等方法研究了北太平洋海气界面湍流热通量年际变化的时空特征、 影响因子及其与大气环流的关系。结果表明, 北太平洋湍流热通量的年际变化在冬季最为显著。我国东部海域及其向中东太平洋的延伸部分为冬季潜热通量和感热通量年际变化的关键区。冬季潜热通量的年际变化在副热带太平洋和菲律宾海域主要受风速变化影响, 在北太平洋的高纬和低纬海域尤其是赤道中太平洋主要受比湿差变化影响, 而冬季感热通量的年际变化在整个北太平洋都主要受海气温差变化影响。受大尺度环流影响, 异常低压中心的东 (西) 侧海气比湿差和海气温度差偏小 (偏大), 所以异常低压中心的东 (西) 侧潜热输送和感热输送偏弱 (偏强)。     

TOGA-COAREIOP海表通量估算

使用ＴＯＧＡ－ＣＯＡＲＥＩＯＰ１９９２年１１月５日至１９９３年２月１９日向阳红５号海上船舶（２°Ｓ，１５６°Ｅ）观测资料，通过３种不同的总体方法估算了这个点的海表面通量。首先得出一个中性拖曳系数和风速之间的准线性关系，然后用迭代法处理依赖于稳定度的拖曳系数和输送系数，在此基础上计算了动量、感热和潜热通量。在暖池区与西风相对应的通量远大于东信风相对应的通量，海表通量的量值也依赖于稳定度，特别是在弱风条件下。估算的海表净热量平衡表明从海洋向大气大量的热输送主要是由潜热通量和有效长波辐射产生的。其中潜热通量的数值最大、感热通量数值最小。最后和同期日本Ｒ／ＶＨａｋｕｈｏ考察船（０°，１５６°Ｅ）用涡动相关法得到的直接测量通量比较，作了精确度分析，表明用总体方法估算的通量是可靠的。并用向阳红５号船的资料估算的有效长波辐射和直接测量值作了比较，也和热带西太平洋ＴＯＧＡ调查作了比较分析。     

El Niño－La Niña循环的海－气耦合机制研究

利用１９５０—１９８７年２°×２°格点综合海－气资料（ＣＯＡＤＳ），计算了赤道太平洋洋面（５°Ｓ—３°Ｎ）上逐月平均海温、气压、纬向风、比湿、云以及热量收支各分量的平均值和距平值，分析这些量的演变特征，得出：ＥｌＮｉｎｏ过程中，赤道太平洋洋面上气压梯度减小，东风减弱；赤道中、东太平洋洋面上空气中水汽和云量增加，洋面射入太阳辐射和有效长波辐射减少，感热和潜热交换加强，洋面净获得（损失）热量减少（增加）；ＬａＮｉｎａ过程中，情形相反。最后概括了ＥｌＮｉｎｏ－ＬａＮｉｎａ循环的两种海－气耦合反馈机制。     

海洋对大气加热场的区域性年变化特征

本文研究了热带和中纬度一些海表面温度年变化较强的区域中海洋对大气加热场的年度化特征。结果表明海洋向大气提供热通量的强度在冷海区呈年周期性变化,而在暖海区呈半年周期性变化。与潜热的湍流输送及海表面向上的长波辐射通量相比,感热的湍流输送量很小。在暖海区潜热输送总大于长波辐射,并且前者有较强的年变化而后者较弱;在冷海区二者的量级相当,年变化幅度也相当。海表风场和云的变化对海洋对大气加热场年变化的影响非常重要。     

南疆沙漠腹地大气边界层湍流通量特征的观测研究

利用新疆塔中站2006年4月、8月的三维风速。温度和水汽脉动资料,运用涡旋相关法计算得到了春、夏季塔中10m高度的动量、感热和潜热通量。结果表明,塔中地区地表热量输送以感热输送为主。春季每天的最大感热通量变化范围为120—320W·m^-2,月平均值为220W·m^-2;夏季最大感热通量的变化范围为140—340W·m^-2,月平均值为230W·m^-2。感热通量值在夜间为负,白天为正,符号的改变出现在日出、日落前后。夏季潜热通量最大值一般为20—60W·m^-2,平均值为27W·m^-2,潜热通量比感热通量小一个量级。春季动量通量的平均值为-0．063W·m^-2,夏季动量通量的平均值为-0．091W·m^-2。日变化规律比较明显,日出后,动量向下传输增大,在09-10时（地方时）出现一个最大值,随后动量向下传输并开始减小。     

基于Noah-MP陆面模式的青藏高原地表感热和潜热通量分布及变化特征

利用中国区域高分辨率数据集作为大气强迫场,驱动修改了热力学粗糙度参数化方案后的NoahMP陆面模式进行了2000-2018年青藏高原地区陆面过程模拟。用野外观测资料校验模拟结果后,分析了地表感热通量（SH）、潜热通量（LH）的分布及变化特征。结果表明,模式能较合理模拟高原地表感热和潜热通量。高原的中、西部为地表感热和潜热通量的年际变率较大区域。模拟的高原中、西部地区感热通量强于东部地区,且绝大部分区域的感热通量是有增强趋势的。对于整个高原,感热通量从2002年前后呈较明显的增强趋势。总体上,四个季节的平均感热都有较明显的增强,特别是在2010年以后。潜热通量在高原东部地区强于中、西部地区。潜热通量的年际变率相对于感热通量的变率要小。中部地区潜热呈减弱趋势,西部和东部都有弱的增强。对于整个高原,潜热通量在2000-2018年呈弱的增强趋势。其中,2000-2003年潜热通量是增强的,2003-2015年呈减弱趋势,主要因素为在夏季潜热通量的减弱。     

STUDY ON AIR-SEA HEAT EXCHANGE MECHANISM IN EL NINO AND LA NINA EVENTS

2°×2° mean monthly COADS grid data in 1974 and 1987 of E1 Nino and La Nina years are used to compute thesensible and latent heat fluxes,the net longwave radiation,the incident solar radiation and heat budget on the tropicalPacific surface(30°S—30°N).The difference of the heat budget between El Nino and La Nina mainly occurred on theequatorial ocean surface,especially the water area west of Ecuador and Peru.During El Nino,the sensible and latentheat exchange increased,the net longwave radiation and incident solar radiation decreased and the net gain(loss) of heatreduced(increased) on the ocean surface.During La Nina,the circumstances were opposite.Finally an ideal model ofair-sea heat exchange mechanism for the El Nino-La Nina cycle is summarized. Key words:El Nino,La Nina,air-sea heat exchange,COADS grid data     

ESTIMATES OF SEA SURFACE FLUXES DURING TOGA-COARE IOP

With the marine ship observation data set obtained by three cruise-phases of Chinese Xi-angyanghong 5 from November 5,1992 to February 19,1993 in the TOGA-COARE IOP at 2°S,156°E.the sea surface fluxes at this point are estimated by three different bulk schemes.Firstly.aquasi-linear relation is found between the neutral drag coefficients and wind speed.Then,the sta-bility-dependent drag and heat transfer coefficients are solved in the iterative method.Based onthus-derived transfer coefficients,the momentum,sensible and latent heat fluxes are calculated.In the warm pool region,the fluxes corresponding to the westeily winds are much greater thanthose of the easterly trade winds.The magnitude of sea surface fluxes depends upon the atmo-spheric stability as well,in particular in the case of weak wind condition.The estimated sea sur-face net heat budget shows that considerable amount of heat transport from ocean to atmosphere ismainly produced by the effective longwave radiation,latent and sensible heat fluxes.Among themthe value of latent heat flux is the largest and the sensible heat flux is the smallest.Finally,an ac-curacy analysis is made by direct measurements with the eddy-correlation method on the JapaneseR/V Hakuho board at the same time.It is shown that the bulk-derived fluxes are acceptable withmuch confidence.The estimated effective longwave radiation is used to compare with those by di-rect observations on Xiangyanghong 5.This research is compared with TOGA investigation in thetropical western Pacific.     

A STUDY OF CLIMATOLOGICAL ASPECTS OF FLOW FIELD AND HEAT EXCHANGE ON TROPICAL PACIFIC SURFACE IN THE EL NINO AND LA NINA EVENTS

In this paper, based on the 2°× 2° grid data COADS from 1950—1987 the flow field and heatexchange anomalies on the tropical (11°S—11°N, 120°E—80°W) Pacific surface (TPS) are studiedin El Nino and La Nina events. During E1 Nino, the zonal pressure gradient and the trade windsdecrease on the TPS, the tropical convergence strengthens on the TPS, especially on the centralTPS, the sensible and latent heat exchanges increase, the net longwave radiation and incident solarradiation decrease and the net gain (loss) of heat reduces (increases) on the central and easternTPS. During La Nina the results turn out the contrary. Finally, two feedback mechanisms whichinclude the dynamic, thermal and hydrological processes during E1 Nino and La Nina are summa-rized and a conceptive model for El Nino-La Nina cycle is given.     

热带太平洋-印度洋海温异常综合模的数值模拟

通过数值模拟及结果的合成分析,对热带太平洋-印度洋异常海温综合模态的三维热力结构、动力结构及其发生发展的可能机制进行了研究.数值模拟结果的分析表明,太平洋、印度洋海温异常的综合模态在表层、次表层的表现都很明显,即在赤道西印度洋、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),该模态还存在着显著的年变化特征、年际变化特征以及年代际变化特征.数值模拟的合成分析结果表明,异常的海表风应力引起表层洋流异常,表层洋流异常及由其引起的海表高度异常可导致次表层海水环流的异常,海洋环流异常导致的平流热输送异常是海温形成异常综合模态的主要原因之一,垂直输送是形成次表层海温综合模态的主要原因.平流热输送过程对海表温度变异的贡献是:在事件发生到盛期阶段促进了次表层海温异常综合模态的形成,在盛期到消亡阶段次表层的平流过程阻碍其进一步发展;短波辐射是海洋的主要热力来源,海表面异常的净短波辐射通量、潜热通量是表层海温形成异常模态的主要热力学原因,异常的海表面净短波辐射通量、潜热通量、感热通量在到达盛期阶段后抑制其进一步发展.     

1990年初夏西太平洋暖水池区海面热量收支特征分析

根据TOGA计划,1990年初夏,中美两国科学工作者对18°N—10°S、120—165°E的热带西太平洋海区进行了科学考察,本文用这次考察的资料(包括总辐射、净辐射、海温、气温、气压、湿度、露点、风、云和海浪),计算了睛天和阴雨天、两个剖面(165°E经向剖面和赤道纬向剖面)以及整个考察区域的(昼夜)净辐射强度、感热和潜热通量、净热量通量和动量通量的日平均和日总量,并对热带西太平洋西部和东部进行了比较,发现西部比东部获得更多的太阳辐射能,这是热带西太平洋暖水池形成的直接原因之一。      

Modes of variability of global sea surface temperature,free atmosphere temperature and oceanic surface energy flux

Monthly mean sea surface temperature (SST), free air temperature from satellite microwave sounding units (MSU) and oceanic surface energy fluxes are subjected to empirical orthogonal function (EOF) analysis for a common decade to investigate the physical relationships involved. The first seasonal modes of surface solar energy flux and SST show similar inter-hemispheric patterns with an annual cycle. Solar flux appears to control this pattern of SST. The first seasonal mode of MSU is similar with, additionally, land-sea differences; MSU is apparently partly controlled by absorption of solar near-infrared radiation and partly by sensible heat from the land surface. The second and third seasonal eigenvector of SST and solar flux exhibit semi-annual oscillations associated with a pattern of cloudiness in the subtropics accompanying the translation of the Hadley cell rising motion between the hemispheres. The second seasonal mode of MSU is dominated by an El Niño signal. The first nonseasonal EOFs of SST and solar flux exhibit El Niño characteristics with the solar pattern being governed by west-to-east translation of a Walker cell type pattern. The first non-seasonal EOF of MSU shows a tropical strip pattern for the El Niño mode, which is well correlated with the latent heat fluxes in the tropical east Pacific but not in the tropical west Pacific. Two possible explanations are: an increase in subsidence throughout the tropical strip driven by extra evaporation in the tropical east Pacific and consequent additional latent heat liberation; a decrease of meridional heat flux out of the tropics.     

中纬度北太平洋依赖于ENSO事件及独立于ENSO事件的变率特征:观测事实与海气耦合模式模拟

观测事实显示,在E1 Ni(?)o发生期间,伴随着赤道中东太平洋的增暖,中纬度北大平洋中部表层海温（SST）常出现冷距平,而北美大陆西海岸SST则出现暖距平。借助观测资料分析和海气耦合模式模拟两种手段,检验了北太平洋对ENSO事件的上述响应。观测证据和数值模拟都支持有关学者提出的“大气桥”概念,即大气对赤道中东太平洋SST异常增暖的响应,随后强迫中纬度北太平洋,并导致那里SST的变冷,从而起到了连接热带和热带外特别是中纬度北太平洋的“桥梁”的作用。关于其机制,本文认为主要是海洋对大气强迫的动力响应导致那里的SST变冷,尽管潜热通量的贡献也很显著。至少模式结果证明短波辐射、长波辐射和感热通量的贡献都是次要的。进一步的分析揭示,北太平洋存在着线性独立于ENSO事件的所谓“北太平洋模态”,在空间型上,它和线性地依赖于ENSO事件的模态非常相近,即它们的纬向结构都呈现出扁平的“双极”型,只是彼此间SST距平极大值的中心位置不同。模拟结果表明,北太平洋模态与大气的耦合作用,主要是通过海气热通量交换实现的,其中短波辐射和长波辐射的作用居主导地位,而潜热通量的贡献则基本可以忽略。     

基于FLUXNET数据集对陆面模式CoLM能量通量的单点评估

模式评估是模式发展中的重要一环。本文利用来自FLUXNET2015数据集的30个站点的涡动相关系统观测数据,重点关注能量通量,对通用陆面模式（Common Land Model version 2014,CoLM2014）在不同典型下垫面的模拟能力进行评估。结果表明,模式总体上能抓住感热、潜热和净辐射通量在日、季节和年平均等不同时间尺度上的变化特征,对感热、潜热和净辐射通量都有较好的模拟能力,净辐射的模拟效果最好,潜热通量次之。季节变化模拟中,感热、潜热通量在夏季不同植被型下站点的空间离散程度大于冬季,不同站点间模拟效果相差较大,净辐射多站点标准差变化幅度要小于感热、潜热,不同站点间模拟效果偏差较小。CoLM在常绿针叶林、稀树林地、草地、农田模拟感热、潜热通量的效果相对较好,在永久湿地、落叶阔叶林下模拟感热通量较差。本研究对CoLM2014在未来的改进和发展中提供了有用的参考。