冬季北太平洋的温带气旋活动及其与前期秋季北极海冰的关系

基于欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的ERA_interim全球再分析数据集,利用客观算法识别和追踪温带气旋,分析了1979—2014年冬季(12月—次年2月)北太平洋(120°E~120°W,20°N~80°N)的温带气旋活动特征及其变化,探讨了冬季风暴路径与秋季北极海冰异常的关系。北太平洋温带气旋活动的气候态显示为自日本以东洋面至阿拉斯加湾北部的风暴路径。对30°N以北气旋活动频率异常的EOF分析显示其第一模态为太平洋气旋活动的南北向偶极子结构,表示风暴路径南北摆动的变化特征,且有向北偏移的趋势。第二模态的空间分布表现为40°N~60°N之间的大陆沿岸和太平洋洋面上呈相反的分布形势。时间系数的回归分析显示,冬季太平洋风暴路径的南北摆动与秋季(9—11月)东西伯利亚海-波弗特海海冰的异常显著相关。该海区秋季海冰减少导致冬季阿留申低压区呈高压异常,西风急流北移,45°N~75°N之间的大气斜压性增强而45°N以南大气斜压性减弱,从而使风暴路径向45°N以北偏移。     

北太平洋爆发性气旋的统计特征

利用FNL(Final Analyses)全球格点资料,对2000—2015年冷季(10月至来年4月)发生于北太平洋(20°N~65°N,110°E~100°W)的爆发性气旋进行了分析研究。依据爆发性气旋的空间分布特征和高时间分辨率的资料,将爆发性气旋定义修订为海表面中心气压(地转调整到45o N)12h平均加深率达到1hPa/h以上的气旋。根据爆发性气旋最大加深率的大小,在强度上将其划分为4类:弱、中、强和超强。日本海、西北太平洋、中西太平洋、中东太平洋和东北太平洋为北太平洋爆发性气旋的5个多发区域,发生于各区域的爆发性气旋依次称之为:JOS(Japan-Okhotsk Sea)、NWP(Northwestern Pacific)、WCP(West-Central Pacific)、ECP(East-Central Pacific)和NEP(Northeastern Pacific)爆发性气旋。北太平洋爆发性气旋发生频数自西向东逐渐减少,呈现出"西多东少"的分布特征。爆发性气旋的统计特征因发生区域不同而呈现出较大差异,NWP爆发性气旋多发生于冬季和早春,而NEP爆发性气旋多发生于秋季和早春;相对于NEP爆发性气旋,NWP爆发性气旋发展较为剧烈,中心最低气压较低,爆发史长和发展史长较长。NWP爆发性气旋的移动路径多为西南-东北向,随着爆发强度的增强,其移动路径更趋于集中。NEP爆发性气旋的移动路径因生成位置的不同而呈现出较大差异,在中西太平洋和中太平洋海域生成的NEP爆发性气旋,其移动路径前期多为偏东向,后期折向西北;而在中东太平洋海域生成的NEP爆发性气旋,其移动路径多为西南-东北向。海洋暖流为NWP和NEP爆发性气旋的急剧发展提供了有利的海洋物理环境场。     

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。     

夏季选择北太平洋安全航线的方法研究

根据多年平均流场和卫星云图分析,提出了一种夏季北太平洋上中国至北症状,中美洲远洋船舶安全航行的航线选择区,它位于２００ｈＰａ副热带高压脊线附近至其南部对流层上部槽以北广阔地区,并以实例作了较充分讨论。     

北太平洋冬季海水层结分析

本文利用最新ARGO全球海洋观测网的资料，计算了北太平洋冬季的海水层结，发现北太平洋冬季海水存在层结曲线呈单极值、双极值和多极值等多种结构，本文将其初步概括为6类，并对各类层结的温度结构作了分析。     

南海次表层和中层水团年平均和季节变化特征

为了弄清北太平洋水入侵南海的状况,利用历史观测温-盐数据等资料对其进行了分析。结果表明:在盐度极大值层北太平洋水通过吕宋海峡的入侵整年发生,并且其入侵有很大的季节变化,冬季东北季风盛行时最强。北太平洋热带水(NPTW)入侵的季节变化与次表层地转流和南海的经向翻转环流结构有密切联系。具有盐度极小值特性的北太平洋中层水(NPIW)也通过吕宋海峡入侵南海,但其季节变化与NPTW完全反位相。冬季,由于在中层水深度北向运动的南海经向翻转环流的阻碍作用,NPIW入侵南海最弱。作者认为,北太平洋水入侵南海的机制可以基本上从南海的地转流及经向翻转环流得到解释。     

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。     

北太平洋冬季大气年代际振荡及其相关的SST变化

20世纪60年代， Namias(1969)就发现北太平洋海平面气压(SLP)存在10a以上长周期的变化，这种变化与北美冬季气温异常密切相关。70年代以后，又有人(White et al.，1972； Trenberth，1990； Trenberth et al.，1994)对上述变化作了进一步的验证，并指出1976年以后北太平洋的SLP异常偏低，即阿留申低压异常偏强。以阿留申低压为主要活动中心的大气年代际振荡被称为北太平洋涛动(NPDO)，它与北大西洋涛动(NAO)一起构成年代际气候变动最重要的观测依据，北太平洋年代际振荡的机制也引起了人们的广泛兴趣。作为大气运动的缓变下垫面强迫之一的海表面温度(SST)，它的异常变化对年际气候的显著影响已被公认(Wallace et al.，1981，1998)，由此推断，其对年代际时间尺度气候变化的影响可能也不可忽视。众所周知，SST年际变化最显著区位于赤道中东太平洋(如Nino 3区)，而与北太平洋年代际振荡显著相关的SST变化(时间变化和空间分布)又如何呢?作者就这一问题，分析了北太平洋大气环流年代际振荡的时、空变化特征，并揭示了与之相关的SST变化的时间变化和空间分布。     

冬季北太平洋与北大西洋上空风暴轴特征比较与分析

采用1948—2007年NCEP/NCAR再分析资料,选取850,700,600,500,250hPa层风场(u,v)、垂直运动场(ω)、位势高度场(H)和温度场(T),对北半球冬季(12、1、2月)太平洋和大西洋上空风暴轴的特征及影响因素进行了分析和比较。结果表明,北半球冬季风暴轴最强中心位于北大西洋上空,北太平洋高空急流的强度明显大于大西洋高空西风急流的强度。通过诊断分析北太平洋与北大西洋上空风暴轴的影响因素,发现北太平洋和北大西洋上空风暴轴强度的影响因素具有明显的差异:在北太平洋上空,涡度平流随高度的变化和厚度平流项对风暴轴的作用较大西洋而言更明显,而涡动能量的向上输送对北大西洋风暴中心的作用更大。对风暴轴年际变化的分析发现,两大洋风暴轴在1980年代之后均有明显的增强现象,而在空间分布的时间演化上,两大洋风暴轴有着相反的演化:太平洋风暴轴有向西南方向移动的趋势,而大西洋风暴中心则略微向东北方向移动。     

北太平洋海洋异常加热主要型及其与海面水温的关系

本文用经验正交函数(EOF)对北太平洋海面加热场进行了分型,讨论了第一和第二特征向量场的时空分布特征,并分析了与北太平洋海温场的关系。结果指出,冬季第一特征向量场以北太平洋中西部和东部的特征值反号为主要特征,夏季则以全区的特征值同号为基本特色。同时指出,在北赤道流和北太平洋海流区,海温的变化对海面加热场主要型有重要影响,尤其在夏、秋季节;在其它海域,无论是冬季还是夏季,两者均无明显的联系。     

北太平洋海浪场时空变化特征分析

根据1950—1995年共46a的北太平洋船舶气象报资料,对按5°×5°网格统计的海浪要素进行分析,阐明了北太平洋浪、涌的特点及其变化规律。该区赤道地区常年盛行东北浪,冬季海浪比夏季强盛,相应的平均波高、大浪大涌频率也较大。该海域与北印度洋同属季风气候区,但其特点正好相反。     

冬季鄂霍次克海海冰对北太平洋风暴轴年际变化的影响

利用北极海冰密集度资料和NCEP＼NCAR再分析资料，运用统计方法讨论了冬季鄂霍次克海及其邻近海区海冰异常与同期北太平洋风暴轴的联系。结果发现，冬季鄂霍次克海西南部海区海冰面积异常与北太平洋海温异常共同作用对北太平洋风暴轴在西北一东南方向的伸缩及强度的年际变化有重要影响，而在海温异常的共同作用下，鄂霍次克海东北部及舍列霍夫海海区海冰面积异常则主要影响风暴轴的南北位移和强弱。     

吕宋海峡附近海域水团分布及季节变化特征

利用2003年2月至2009年4月期间在吕宋海峡附近海域由Argo剖面浮标观测的温、盐度资料,对该海域的水团分布及季节变化特征进行了探讨.结果表明,在120.5°-122.75°E、19°-23°N范围内,水团特征介于南海水和北太平洋水之间,而19°N以南区域的水交换并不显著.北太平洋热带水(NPTW)和北太平洋中层水(NPIW)通过吕宋海峡入侵南海的趋势在夏季较弱.秋季,NPTW入侵南海的趋势增强,而到了冬季,受东北季风控制,北太平洋水的入侵程度最强,然而并无NPIW进入南海的迹象.值得指出的是,整年没有发现明显的NPIW进入南海,而南海中层水可以通过海峡流入太平洋,其强度在秋、冬季节达到最大.     

基于ECHAM5模式的21世纪冬季北大西洋涛动与北半球风暴轴的特征分析

基于德国马普所大气模式ECHAM5的输出结果,对RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5三种情景下21世纪冬季北大西洋涛动(NAO)与冬季北半球风暴轴的变化特征进行探究。结果显示,3种情景下,NAO指数(NAOI)均表现出9-14年的周期,冬季两大洋风暴轴强度均呈增长趋势,2大风暴轴位置震荡总呈东北(西南)向。辐射较强的情景,冬季北太平洋风暴轴的平均位置越偏向亚欧大陆,冬季北大西洋风暴轴的平均面积指数越大且平均位置越偏西。合成分析结果显示,3种情景下,从NAO强年、平均态依次到弱年,2大洋风暴轴的响应不尽相同:RCP2.6情景中,北太平洋风暴轴明显远离欧亚大陆,强度和面积指数递减,而北大西洋风暴轴面积指数却显著递增;RCP4.5情景中,北半球两大洋上风暴轴面积均逐渐增大,北大西洋风暴轴逐渐靠近美洲大陆,强度也加强;RCP8.5中,冬季北太平洋风暴轴面积指数增大,位置远离亚欧大陆,强度增强,北大西洋风暴轴强度显著递增。     

最佳航线与海况相关模拟试验

本文在模拟海洋环境要素时、空变化的情况下,计算横越北太平洋的船舶最佳航线。结果表明,最佳航线和海洋环境要素的分布及变化有极为密切的关系,尤其是强温带气旋活动对最佳航线选择影响更为显著。最佳航线计算精度取决于天气及海况预报时效的长短,原则上是预报时效越长,航线优化效果越好。考虑当前天气预报和海况预报的技术水平,以5天预报加气候平均为基础,按递推方式不断计算最佳航线,可望接近最佳效果。     

台湾以东黑潮流量变异与冬季西北太平洋海洋-大气相互作用

通过对历史资料进行奇异值分解、合成分析及相关分析,揭示了对应冬季台湾以东黑潮流量增强(减弱)时,西北太平洋海区异常失热(得热),北太平洋(北纬20°N以北)上空500hPa位势高度负异常(正异常);进一步证实了冬季西北太平洋海洋-大气相互作用是一个正反馈过程;发现了冬季台湾以东黑潮的暖平流作用可能是维持该正反馈过程进行的一个必要条件;通过超前和滞后相关及合成分析,提出从10月开始,台湾以东黑潮流量异常形成的暖平流作用会对冬季西北太平洋海区海洋-大气相互作用有贡献。     

东北太平洋冬季风的异常与埃尔尼诺

东太平洋南美沿岸热带地区海温的经向季节性变化十分显著.冬季中高纬地区的冷水南侵,赤道北侧的暖水带南移造成暖水浸入赤道南,造成南美沿岸的海温升高.本文指出海温的季节变化受东北太平洋冬季风影响十分明显,埃尔尼诺发生年和次一年冬季,持续偏强的东北风对于冬季赤道北暖水的南浸,进而对埃尔尼诺的发生、发展和维持起着重要作用.     

北太平洋表层水温模糊聚类分析及其与北太平洋副热带高压的关系

对海表层水温的分类以往多采用直观方法。本文用模糊聚类法讨论了1949—1975年期间北太平洋冬季海表层水温的主要分布特征,发现它们与北太平洋副高有较好的对应关系。     

第二讲 世界海雾的分布和季节变化

一、太平洋的雾 1.概况 太平洋上的雾,分布在30°N以北和35°S以南洋面上,而中间的热带洋面上极少有海雾发生。 从北太平洋海雾分布来看,雾区集中于30°─50°N的洋面上,50°N以北除白令海峡夏季有雾之外,其他海域很少有雾。在这一带状雾区里,海雾的分布也是不均匀的,其中以大洋两侧海岸附近的海雾较多,而大洋中部却较少。北太平洋西岸,从千岛群岛南下到日本北海道一线,为北太平洋海雾最频繁的区域,而且雾的浓度也大。北太平洋东部加利福尼亚沿岸也是一个海雾区,虽然其频率和浓度与千岛群岛雾区相比较为逊色,然而在北太平洋东岸却是一个显著的海雾区。 海雾的分布有明显的季节变化,春、夏季分布范围广,出现频率高,且西部胜于东部;秋、冬季分布范围小,出现频率低,东部略高于西部。从冬季到夏季,海雾的分布范围逐渐由     

北太平洋大气沉降的时空特征及其对副极区海洋生态系统的影响

北太平洋副极地海区作为全球海洋三个高营养盐低叶绿素(high nutrient and low chlorophyll, HNLC)海区之一, 其浮游植物生长受到微量元素铁的限制。对于开阔大洋, 大气沉降是海洋表层铁的一个重要来源, 铁元素沉降进入海洋后能够促进浮游植物生长, 进而引起海洋初级生产力和生物泵的响应。本文利用SPRINTARS(Spectral Radiation-Transport Model for Aerosol Species)模式的时长为20a的日均大气沉降数据, 对北太平洋海区大气沉降的时空特征进行了分析。结果表明, 进入北太平洋海区的大气沉降量为26.81Tg·a^-1, 并且存在显著的季节变化: 春季最高, 冬季最低, 5月份进入海洋的沉降量达到峰值。大气沉降主要来源于陆地区域, 在风场的驱动下向海洋传输, 因此大气沉降量的空间分布呈现出西高东低的特征。本文以2010年8月中旬卫星观测到的一次强沙尘(即高大气沉降量)事件为例, 研究了大气沙尘的传播路径。进一步结合2001年4月9—12日及2008年4月20—22日的沙尘事件, 分析了西北太平洋K2站位(47°N, 160°E)附近海域海洋初级生产力对大气沉降——沙尘事件的响应。结果表明, 三次沙尘事件后, K2站位的颗粒有机碳通量、叶绿素浓度均有明显增加, 即沙尘事件对北太平洋副极区海洋初级生产力存在促进作用。