海面温度变化影响台风"海棠"强度的数值研究

通过对台风"海棠"5 d的数值模拟,研究海表温度(SST)变化对台风强度的影响。与NCEP月平均海表温度相对比,在中尺度大气模式中引入热带测雨卫星(TRMM)微波成像仪(TMI)/先进微波扫描辐射计(AMSR-E)来考察SST对台风"海棠"路径和强度的影响。研究结果表明,每天变化SST的试验模拟的台风强度和路径整体效果不错;模拟的台风路径不敏感于SST的变化,而台风强度的变化不仅取决于由于台风移动引发的SST冷却的幅度大小,而且取决于SST冷却区域的相对位置。在台风"海棠"强烈发展过程中,台风中心右侧冷却区对台风中心气压影响很小;台风强烈发展过后,SST冷却区开始影响台风强度,但造成台风中心气压下降幅度不大,6 h内台风中心气压减弱约3.9 hPa。海面热量通量和海面风速与SST的分布都有良好的相关性:在SST变化为正值的暖水区,感热通量和潜热通量都是一个正的通量分布的极值区,并有风速极大值区域存在;在台风右侧相应的冷却区,则存在着负的通量异常和风速极小值区域。     

3套不同的SST再分析数据与中国近海浮标观测的对比研究

基于自然资源部浮标数据，通过分析均值差、均方根误差、相关系数和标准差偏差4个统计量，检验了2018年7月1日至8月6日全时段及该时段内3个台风（1808号台风“玛利亚”、1810号台风“安比”、1812号台风“云雀”）过境期间，3套海表面温度（Sea Surface Temperature，SST）再分析资料（OISST、OSTIA SST、RTG SST）在中国近海区域的可靠性。对比结果表明，在全时段内，3套SST再分析资料都能在一定程度上反映中国近海SST的基本状况，其中OSTIA SST资料同浮标实测SST数据的均值差为0.12℃、相关系数为0.94，均优于OISST资料（均值差为–0.85℃、相关系数为0.90）和RTG SST资料（均值差为–0.17℃、相关系数为0.86）。通过对比单个浮标数据发现，相较约80%的MF浮标实测SST数据，OSTIA SST资料都显著优于RTG SST资料和OISST资料，具有较高的可信度。在台风过境期间，较之RTG SST资料和OISST资料，OSTIA SST资料同大部分浮标实测数据的均值差绝对值及均方根误差更小、相关系数更大，表明在高海况条件下，OSTIA SST资料能更真实地反映中国近海SST的基本状况。     

北极星载微波辐射计海表温度遥感观测能力分析

本文利用2016年的AMSR2、GMI、WindSat和HY-2A RM等星载微波辐射计海表温度（SST）数据，分析了北极卫星遥感SST数据的时空覆盖和产品精度情况。结果表明:北极星载微波辐射计SST冬季覆盖率和有效覆盖天数要低于夏季，GMI的SST有效覆盖率较低，AMSR2较高，联合使用AMSR2、GMI、WindSat和HY-2A RM星载微波辐射计SST数据，2月份覆盖率在12%~15%之间，有效观测天数优于26 d，8月份覆盖率全月高于26%，有效观测天数优于29 d。北极地区星载微波辐射计SST数据的误差均要大于全球平均水平，AMSR2数据精度较好，WindSat与AMSR2的精度相当，GMI的均方根误差约是AMSR2的2倍，HY-2A RM数据精度低于其他星载微波辐射计水平。     

东海沿岸海水表层温度的变化特征及变化趋势

根据东海沿岸引水船、嵊山、大陈、南麂、北礵、平潭、厦门和东山8个海洋观测站的40a表层海水温度(SST)资料进行了统计与分析.研究结果表明:东海沿岸SST主要受制于太阳辐射,呈南高北低分布,但也不同程度地受到当地地理环境、气候环境、水文环境的影响;SST的年变化具有显著的年周期和半年周期;东海沿岸SST存在多种显著周期的振荡,且南北测站SST的主导振荡有差异;就近40a的资料而言,东海沿岸的SST总体呈上升趋势,其中冬季上升幅度最大,暖冬是SST总体呈上升趋势的重要因素.     

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.     

海洋表层温度对台风"蔷薇"路径和强度预测精度的影响

基于中尺度大气模式WRF(Weather Research and Forecasting Model),首先对2007年3次船舶辐射通量观测进行模拟,以检验WRF对长波和短波辐射通量的模拟能力,结果表明使用中国近海海洋环境数值预报系统环流模式POM(Princeton Ocean Model)模拟的高时空分辨率的海洋表层温度能够显著改进短波辐射通量的模拟,而对长波辐射通量模拟的改进不明显。然后,将业务化运行的中国近海海洋环境数值预报系统后报的逐时海洋表面温度(SST)作为WRF底边界条件,对2008年15号强台风"蔷薇"(Jangmi)过程进行了数值后报试验。结果表明,与使用NCEP/NCAR的SST试验后报的台风中心位置偏差相比,使用高时空分辨率的SST能够较为显著地改善"蔷薇"的路径模拟,台风中心位置模拟偏差减少11%,尤其在台风减弱阶段,台风中心位置模拟偏差减少37%。台风强度在台风发展的不同阶段对下垫面SST的变化敏感性不同。台风路径附近的海表面温度下降会导致海洋向大气输送的热量减少从而减弱台风强度。     

西北太平洋多源微波辐射计海表温度数据交叉比对分析

海表温度产品是研究全球海洋大气系统的重要数据源,在海洋相关领域的研究和应用方面具有重要价值。以西北太平洋海域为研究区域,本文对2013年和2014年3个微波辐射计海表温度产品(AMSR-2,TMI和WindSat)的产品特性和Argo浮标进行了真实性检验,并对3个传感器数据进行了交叉比对分析,具体涉及海表温度分布、温度梯度分布、观测点分布、匹配点分布、平均偏差分布、均方根误差分布、统计分析结果的逐月演变和海表温度误差棒分析。结果表明,3个微波辐射计在空间尺度上都能比较一致地反映西北太平洋海域的海表温度变化趋势。但遥感数据与浮标数据却存在季节性变化和昼夜差异,其中冬季微波数据与浮标数据的平均偏差和均方根误差较小,降轨数据与浮标数据的结果更接近。AMSR-2的海表温度数据质量比TMI和WindSat的海表温度数据更接近Argo数据。相比于WindSat和TMI,AMSR-2和TMI的海表温度数据质量更为接近,但是由于受到近岸陆地信号干扰,AMSR-2和TMI离岸100 km以内海域的数据应当慎用。     

海洋表层温度对台风"蔷薇"路径和强度预测精度的影响

基于中尺度大气模式WRF(Weather Research and Forecasting Model),首先对2007年3次船舶辐射通量观测进行模拟,以检验WRF对长波和短波辐射通量的模拟能力,结果表明使用中国近海海洋环境数值预报系统环流模式POM(Princeton Ocean Model)模拟的高时空分辨率的海洋表层温度能够显著改进短波辐射通量的模拟,而对长波辐射通量模拟的改进不明显。然后,将业务化运行的中国近海海洋环境数值预报系统后报的逐时海洋表面温度(SST)作为WRF底边界条件,对2008年15号强台风"蔷薇"(Jangmi)过程进行了数值后报试验。结果表明,与使用NCEP/NCAR的SST试验后报的台风中心位置偏差相比,使用高时空分辨率的SST能够较为显著地改善"蔷薇"的路径模拟,台风中心位置模拟偏差减少11%,尤其在台风减弱阶段,台风中心位置模拟偏差减少37%。台风强度在台风发展的不同阶段对下垫面SST的变化敏感性不同。台风路径附近的海表面温度下降会导致海洋向大气输送的热量减少从而减弱台风强度。     

The behavior and the role of the anti-cyclonic eddy in the Kuroshio large meander development

The processes underlying the development of the Kuroshio large meanders that occurred in 1986 and 1989 are investigated using a satellite SST data set and hydrographic data. In both processes visible on the satellite SST images, a round-shaped, lower SST region with a diameter of about 200 km is found to the east of the Kuroshio small “trigger” meander (Solomon, 1978) until the region became extinguished near theEnshu Nada. The lower SST region can be interpreted as an anti cyclonic eddy, mainly because of the existence of a warm water mass in the subsurface layer of this region. The warm water mass is characterized by a constant temperature of 18–19°C, the maximum thickness of which is about 400 m. The satellite images show that the eddy is closely related to the Kuroshio path transforming into a shape like the letter “S”. This means that the eddy plays an important role in the development of the Kuroshio large meander since this, too, tends to follow an “S”-shaped path. Added to this, the subsurface layer structure of the eddy is similar to that of the warm water mass offShikoku. This similarity, together with the eddy behavior visible on the satellite SST images, implies that the examined eddy corresponds to the warm water mass offShikoku. In other words, the warm water mass offShikoku can be advected near to theEnshu Nada when the Kuroshio large meander occurs.     

台湾海峡MODIS遥感SST的初步验证

海表层温度（SST）是一个决定海气相互作用以及生物栖息条件适宜性的海洋环境关键参数,可以通过卫星遥感手段获取,对检验锋面多发、水文条件复杂的近岸区域卫星遥感SST产品的真实性,具有重要意义．本文采用大型海洋环境多层监测浮标获取的SST数据对台湾海峡MODIS遥感SST产品进行检验．结果表明,MODIS遥感与实测SST数据具有很好的一致性,两者的均方根误差为0．5l℃,平均偏差为一0．02℃,平均绝对偏差为0．42℃,相关系数为0．988;MODIS遥感与实测SST数据之间可能存在季节性差异,均方根误差以夏季最大．     

A possible role for unstable coupled waves affected by resonance between Kelvin waves and seasonal warming in the development of the strong 1997–1998 El Niño

Time-varying air–sea coupled processes in the central to eastern equatorial Pacific associated with strong El Niño development during the 1997–1998 period are examined using a newly developed reanalysis dataset obtained from four-dimensional variational ocean–atmosphere coupled data assimilation experiments. The time series of this data field exhibits realistic features of El Niño evolution. Our analysis indicates that resonance between eastward-propagating oceanic downwelling Kelvin waves and the seasonal rise of sea-surface temperature (SST) in the central to eastern equatorial Pacific generates relatively persistent high SST conditions accompanied by a deeper thermocline and more relaxed easterly winds than usual. The surface condition resulting from the wave-seasonal SST resonance represents a preconditioned state that leads to an enhancement in incident downwelling Kelvin waves to levels sufficient to induce large-amplitude unstable coupled waves in the central to eastern equatorial region. Heat balance estimates using our reanalysis dataset suggest that the unstable coupled waves are categorized within the intermediate regime of coupled Kelvin and Rossby waves and have the potential to grow rapidly. We argue that the seasonal resonance and the unstable coupled waves should play crucial roles in the development of the largest historical El Niño event, which was recorded between late 1997 and early 1998.     

基于两种数据集的全球SST变化趋势的对比研究

分别利用了来自NOAA和Hadley中心的SST(Sea Surface Temperature)资料,分析了全球海域每个网格点上SST的变化趋势,并将两种资料分析的结果进行比较。研究发现:近150a期间,全球大部分海域的SST以0.003℃.a-1左右的速度显著性逐年线性递增,仅在格陵兰南部海域和两极部分海域呈显著的逐年线性递减趋势;NOAA的SST变化趋势的区域性差异比Hadley的SST明显,但后者变化趋势的强度稍大于前者;不同海域SST的逐年变化趋势由不同的季节主导;在1910年为近150a来SST的最低点,之后缓慢上升,在1942年附近达到1个相对高点,而后略有下降,但很快又恢复上升趋势,上升趋势一直延续至今。     

OSTIA数据在中国近海业务化环流模型中的同化应用

The prediction of sea surface temperature(SST) is an essential task for an operational ocean circulation model. A sea surface heat flux, an initial temperature field, and boundary conditions directly affect the accuracy of a SST simulation. Here two quick and convenient data assimilation methods are employed to improve the SST simulation in the domain of the Bohai Sea, the Yellow Sea and the East China Sea(BYECS). One is based on a surface net heat flux correction, named as Qcorrection(QC), which nudges the flux correction to the model equation; the other is ensemble optimal interpolation(En OI), which optimizes the model initial field. Based on such two methods, the SST data obtained from the operational SST and sea ice analysis(OSTIA) system are assimilated into an operational circulation model for the coastal seas of China. The results of the simulated SST based on four experiments, in 2011, have been analyzed. By comparing with the OSTIA SST, the domain averaged root mean square error(RMSE) of the four experiments is 1.74, 1.16, 1.30 and 0.91°C, respectively; the improvements of assimilation experiments Exps 2, 3 and 4 are about 33.3%, 25.3%, and 47.7%, respectively.Although both two methods are effective in assimilating the SST, the En OI shows more advantages than the QC,and the best result is achieved when the two methods are combined. Comparing with the observational data from coastal buoy stations, show that assimilating the high-resolution satellite SST products can effectively improve the SST prediction skill in coastal regions.     

基于DINEOF的风云极轨气象卫星海表温度重构方法研究

海表温度是表征海洋表层热力状况的重要海洋参数,日均全天候覆盖的海温观测数据可为服务台风监测及其他海洋灾害时空演变的精细化预报提供数据支撑。可见光红外扫描辐射计和中分辨率光谱成像仪反演的海温产品具有较高的空间分辨率,但是红外遥感反演的海温产品受到云、雾和霾的影响,在云下存在大面积、无规律的缺值;微波辐射计反演的海温产品空间分辨率低,但可穿透云层,实现全天候海温观测。本文基于风云三号B、C、D三颗极轨气象卫星红外和微波遥感仪器反演的海温资料,利用经验正交函数插值法(DINEOF)重构得到全球海表温度产品。与全球分析场日平均海温OISST数据进行比较可知：原始海温资料的均方根误差为0.59~0.70℃,DINEOF重构后海温资料均方根误差降至0.10~0.34℃;相关系数从0.33~0.48提升到0.78~0.98。多传感器重构海温数据空间分布上连续可信,能够监测不同季节的海温变化特征及暖池空间模态。风云三号气象卫星微波遥感的加入显著提升了重构海温的空间连续覆盖率和时间分辨率。     

利用卫星资料分析黄海海表温度的年际与年代际变化

海表温度长期变化在一定程度上反映了海域的气候变化信号,卫星遥感资料是获取高时空分辨率水温长期变化的有效手段。基于国家海洋局1982—1999年黄海断面监测器测数据的2 954组水温数据对时空匹配的卫星(NOAA/AVHRR)反演海表温度(SST)进行校验,计算得到卫星反演SST系统偏差为(0.18±1.00)℃。卫星反演的水温空间分布以及长期变化趋势与器测趋势较为一致,可以用来研究海域SST长期变化规律。利用校验后1982-01～2011-08NOAA/AVHRR的SST数据,分析了该时段黄海冬夏季代表月2、8月海表水温的变化规律。结果显示:(1)近30a,黄海冬季水温有2次跃迁:1989—1990年由冷至暖的状态跃迁,2000-2001年出现由暖至冷的状态转变;1990年代冬季水温达最高,相比1880年代,水温升高1.07℃,新世纪水温稍有降低,水温较1990年代下降了0.53℃,温度变化较大区域位于北黄海、山东半岛沿岸,苏北浅滩毗邻海区,该区SST与局地经向风场存在显著正相关,且北极涛动通过影响冬季风间接影响黄海水温变化;(2)夏季海表水温在1994—1995年呈现由冷至暖的状态跃迁,冷、暖期水温相差0.57℃,水温变化较显著的区域为黄东海分界处,其具体变化机制需深入研究。     

渤海海温与叶绿素季节空间变化特征分析

以2003年MODIS数据为数据源，在图像处理、空间插值的基础上作海温与叶绿素浓度的空间相关分析。结果表明，整个海域的叶绿素浓度和海温的分布具有明显的区域和季节变化特征。基本规律是叶绿素浓度从近岸向渤海中央递减；温度则随季节发生变化，随着温度升高，近海叶绿素浓度增高，而渤海中央区域叶绿素浓度降低。渤海叶绿素浓度的分布与河口径流、季节等因素有关。从空间关系看，海温与叶绿素浓度不存在很明显的空间分布相关性，但不同季节有不同的相关性。上述研究可用于估算海洋初级生产力。     

利用南大洋漂流浮标数据评估AMSR-E SST

利用AOML(Atlantic Oceanographical and Meteorological Laboratory)SVP漂流浮标的海表面温度数据,针对30°S以南的南大洋海域,对目前主要使用的微波遥感产品(AMSR-E,Ad-vanced Microwave Scanning Radiometer for the Earth Observing System)反演的SST进行了较为系统的评估。结果表明,AMSR-E SST比浮标数据偏冷,偏差为-0.01℃,标准差为0.70℃。夏季的偏差为0.004℃,标准差为0.64℃;冬季的偏差为-0.06℃,标准差为0.75℃,冬季的偏差和标准差较大。温差ΔT受流速影响,随着流速的增大而减小,且这种趋势在夏季更为显著。具备托伞结构的浮标与总体情况基本一致,而无托伞结构的浮标受流速的影响要大一些。同时,温差ΔT受水汽的影响,随着水汽的增加而减小,且这种影响在冬季更大一些。进一步对4个穿极和绕极浮标的追踪分析表明,温差ΔT受大洋海流系统的影响显著。在海流大的大西洋边界流和南极绕极流中,温差ΔT的不确定性要明显大于总体情况。     

变分伴随数据同化在海表面温度预报中的应用研究

将变分伴随数据同化技术应用于海表面温度(SST)数值预报.采用中国近海海表面温度短期数值预报模式,将船舶测报海表面温度同化到该模型中,对SST初始场进行优化.文中给出了中国近海SST数值预报同化模型5d试报结果与观测值的比较,整个区域的均绝差由同化前的2.71℃降至0.87℃,即变分伴随数据同化对改进SST数值预报的效果是比较明显的,表明它可成为SST数值预报初始化的新方法.     

基于卫星遥感海温数据的南海SST预报误差订正

尝试利用卫星遥感高分辨率海表温度资料GHRSST (Group for High Resolution Sea Surface Temperature) 与海表温度(sea surface temperature, SST)数值预报产品之间的误差, 建立一种南海SST模式预报订正方法。首先, 利用南海的Argo浮标上层海温数据对GHRSST 海温数据进行验证, 结果表明两者之间均方根误差约为0.3℃, 相关系数为0.98, GHRSST 海温数据可用于南海业务化数值预报SST的订正。预报订正后的SST与Argo浮标海温数据相比, 24h、48h和72h的均方根误差均由0.8℃左右下降到0.5℃以内。与GHRSST 海温数据相比, 南海北部海域(110°E—121°E, 13°N—23°N)订正后的24h、48h和72h的SST预报空间误差均显著减小, 在冷空气影响南海期间或中尺度涡存在的过程中, SST预报订正效果也较为显著。因此, 该方法可考虑在南海业务化SST数值预报系统中应用。     

Comparative characteristics of the sea surface temperature derived from data compiled by the Russian Hydrometeorological Centre and US National Meteorological Centre,in application to the El Niño event in 1991–1993

This paper provides calculations and an interpretation of the mean annual sea surface temperature (SST) anomalies and the characteristics of the SST annual harmonic in the equatorial Pacific Ocean from April 1991 to February 1993, using data provided by the Russian Hydrometeorological Centre (RHC) and the US National Meteorological Centre (NMC). The magnitude of the mean annual anomalies and the SST annual harmonic amplitude in typical El Niño Southern Oscillation (ENSO) regions, as derived from the RHC data set, are shown to be smaller than their NMC data-based counterparts, due to the considerable spatial smoothing of the original data provided by the RHC. However, in terms of quality, the two data sets agree well with one another, and quantitative discrepancies are rarely larger than the standard error of mean monthly SST determination.Translated by Vladimir A. Puchkin.