热带太平洋海面高度年代际变化的研究

采用SODA海面高度(SSH)数据研究热带太平洋海域的年代际变化.结果表明,热带太平洋海面高度场存在与太平洋年代际涛动(PDO)时间过程基本一致的年代际变化,但是SSH异常的空间分布与SST异常的是不同的.热带海域年代际变化的典型空间分布:海面高度异常在热带海域存在东西方向的反向变化,在西太平洋只有1个变化中心,而在东太平洋形成2个对称于赤道的变化中心.热带太平洋海面高度的年代际变化有2个基本周期:13 a左右的周期和30 a以上时间尺度的气候转型周期.其中13 a周期的年代际变化与ENSO年际过程无关,是热带太平洋年代际变化的重要组成部分.由于数据时间长度的限制,气候转型的时间尺度还不明确,也不清楚其是否有明显的周期性.比较热带东西太平洋年代际变化的特征,可以发现以气候转型期的年代际信号在东西太平洋几乎是同时发生的,而13 a左右周期的年代际信号在赤道附近却存在自西向东方向的传播.     

热带大洋春季海气耦合模态及其与ENSO的关系

在北半球的春季,热带三大洋的海洋–大气系统年际变化会对同期太平洋厄尔尼诺–南方涛动(ElNi?o-Southern oscillation,ENSO)产生响应,同时也能通过区域海洋–大气耦合过程影响ENSO的发展。基于国际公开使用的海表温度资料和降水资料,通过联合正交经验分解方法分析,可以发现全球大洋春季存在两种显著的海气耦合模态。第一模态表现为:在热带中东太平洋,海表温度增暖、降水增多;在热带大西洋和热带印度洋,降水呈现经向偶极型分布以及跨赤道的海表温度梯度异常;即伴随ENSO在春季消亡期的空间型态,大西洋出现经向模态,印度洋出现反对称模态。第二模态表现为:太平洋经向海表温度和降水模态,即太平洋经向模态。回归分析结果表明, ENSO盛期的大气环流调整引起了热带大西洋和印度洋降水辐合带异常,并通过海面风场异常激发海盆内部的海洋–大气反馈,引起春季经向模态。进一步研究发现,冬、春季大西洋和印度洋热带辐合带分别位于赤道以北和以南,导致两个海盆经向模态的降水异常相对赤道呈反对称分布。在春季,太平洋经向模态的暖中心延伸到赤道上,引起西风异常,为后续El Ni?o的发展提供了有利条件。文章揭示了...     

简易海洋同化数据中的厄尔尼诺现象

为研究在厄尔尼诺现象演变过程中海气相互作用的性态特征,该文再次应用拓展伴随模态分析于简易海洋同化数据(SODA data).结果表明:通过相互作用形成厄尔尼诺/拉尼娜现象的海洋与大气具有明显不同的性态,气候系统中并不存在一个相对独立的热带太平洋大气变异,但是的确存在一个相对独立的热带太平洋海洋变异;原因在于大气是底部界面受热而海洋是顶部界面受热,从而导致前者具有较后者强烈得多的斜压不稳定性和能够覆盖大部分热带太平洋的赤道辐合带; 再次证实了正是直接来自中纬度海域的西风爆发和海面风辐聚导致赤道太平洋上层海水的东向移动和经向辐聚造就了厄尔尼诺所特有的增温信号.     

海面温度场对1986-1987年ENSO事件的响应

本文分析了1986-1987年ENSO事件发展期间热带太平洋海面温度场的时空分布和变化特征,并与1982-1983年ENSO 事件期间的情况作了比较。结果表明,这两次事件的强度、发生时间和地点虽有差别,但是海面温度场的空间分布和主要演变过程基本相似。特别是在ENSO事件达到盛期之前,都有正的海温距平自赤道西太平洋向东传播,且强度加强,到赤道东太平洋和南美洲西侧海域后与海温正距平结合,从而达到ENSO事件盛期。而1986-1987事件前1-2年,西太平洋沿赤道东传的是海温负距平。它可能是造成1986-1987和1982-1983事件强度差异的原因之一。赤道西太平洋的海温距平来自赤道外热带西北太平洋。     

热带太平洋海面对EL97／98事件的响应及ENSO预测

本文分析了1996－1998年逐月太平洋海面距平资料及热带太平洋海面赤道槽、脊及上层海水体积变化资料，清楚地看到20世纪最强的一次EL97／98事件，不仅基本特征明显，而且太平洋海面变化与其有密切的响应关系，受此启发，作者依据1975－2000年间赤道槽、脊、逆流槽及热带太平洋上层海水体积变化的历史资料，经年周期滑动平均数据处理和采用基于均生函数的正交化筛选建模方法，建立了各单预测因子周期外延的ENSO预测模式。结果表明，本预测模式除把单预测因子序列的历史变化趋势反映和预测出来，还揭示了历史上的El Nino事件发生了经滑动平均后的赤道脊或热带太平洋上层海水体积的峰值附近，结束于谷底附近，La Nina则出现在滑动平均后的赤道脊谷底上升至均值期间的一般规律性。根据各单预测因子周期外延曲线的峰、谷变化，预测下一次El Nino事件将于2001年下半年至2002年上半年期间形成。     

北印度洋的经向热输送与热收支的季节与年际变化

探讨赤道以北印度洋的热量收支及变化机制。根据积分10年(1987～1996)的全球海洋模式(MOM 2 )资料,利用积分形式的热量平衡方程,系统地研究了北印度洋的经向热输送和热量收支的季节与年际变化。主要结论为:在季节尺度上,越赤道的经向热输送和赤道以北印度洋热含量变化有年循环特征,而海面净热通量呈现半年周期变化特点;在年际尺度上,热含量的变化主要由经向热输送的变化引起,其它项的影响较小;经向热输送集中在上5 0 0m ,尤其在15 0m以上;在总的经向热输送中,经向翻转环流的贡献起主要作用,涡动项的贡献比较小;某一纬度上经向热输送异常以及此纬度以北印度洋总的海面净热通量异常与此纬度上纬向积分的纬向风应力异常有很好的相关关系;还分析了10°N阿拉伯海和10°N孟加拉湾的经向热输送与越赤道的经向热输送的关系,以及海面净热通量各分量的变化特点。     

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)。     

西太平洋近赤道地区风场的变化与埃尔尼诺

本文利用综合海洋大气资料(COADS)分析了西太平洋赤道地区风场的变化与埃尔尼诺的关系,发现埃尔尼诺发生前该地区纬向风有持续的东风距平,经向上有由赤道吹向高纬的经向风异常,造成了西高东低和赤道低两侧高的海平面分布.而在埃尔尼诺年该地纬向为西风距平,经向有由高纬指向赤道的经向风异常,造成暖水在赤道附近堆积.由此产生的开尔文波是东太平洋海面温度(以下简称海温)变暖的重要原因.特别值得指出的是,在埃尔尼诺年西太平洋赤道地区两次西风距平的峰值,两次由北向南的越赤道气流和两次近赤道台风的高潮对应于东太平洋海温的两个正距平高峰.     

热带太平洋海温异常气候态变率与我国气候异常

用Kaplan等重建的1856－2001年全球海面水 温距平（SSTA）资料，分析了热带太平洋SSTA气候态变率，其主模态以热带西太平洋和赤道南北两侧的热带东太平洋大值同号为主要特征，其时间系数具60a左右的显著周期，它与全球气候跃变和夏季西北太平洋副热带高压及我国汛期降水的长期变化有密切联系。根据热带太平洋气候态变率60a左右的时间尺度，预测未来10a内，我国汛期降水仍以长江流域偏多为主，华北干旱形势难以缓解。     

热带太平洋平均环流数值模拟

用中国科学院大气物理研究所发展的高分辨率自由表面热带太平洋环流模式(区域为南北纬30°,经纬圈方向水平分辨率分别为1°和2°,垂直方向分为不等距14层),在观测到的海表面风应力和热量及淡水通量驱动下,对热带太平洋平均环流进行了数值模拟.结果表明,模式成功地模拟了海面起伏中赤道槽、赤道脊、北赤道逆流槽及中小尺度涡旋(如棉兰老涡)系统等分布;与这些槽脊分布相对应的北赤道流,南赤道流和北赤道逆流等热带流系;对气候有重大影响的海表温度分布;次表层温跃层结构和赤道潜流等.文中特别讨论了海面起伏与模式其他变量场间的关系及其应用.     

太平洋低纬地区垂直环流圈与海温的季节变化

本文对西太平洋低纬地区科罗尔等五个测站200百帕与850百帕高度风场资料作了分析。结果表明,西太平洋低纬地区经向垂直环流圈的季节变化与所在经度范围内的南北向海温梯度的季节变化一致。而纬向垂直环流圈的季节变化则与印度洋——太平洋低纬地区东西向海温梯度的季节变化一致,并且落后于海温梯度一个月。这一现象表明,赤道太平洋东部与热带印度洋西部的海温变化均与太平洋低纬地区纬向环流的变化有密切的关系。单单强调赤道太平洋东部海温的热力作用是不够的。     

赤道太平洋纬向风和流异常与西太平洋暖池纬向运移

基于SODA再分析资料和TAO资料,利用EOF和统计分析等方法,分别研究了赤道太平洋海面纬向风应力异常和赤道太平洋上层纬向流异常的时空特征及其对西太平洋暖池纬向运移的影响。结果显示,赤道太平洋海面纬向风应力距平场第一模态具有2—5年的年际变化特征,其时空分布呈东、西向的反位相变化;而赤道太平洋上层纬向流距平场的第一模态则为1—2年的年和年际变化,且整个研究区域位相统一。纬向风应力和纬向流异常变化最显著的区域都在赤道中太平洋。相关分析显示,赤道中太平洋海面纬向风应力异常和赤道西太平洋上层纬向流异常分别对西太平洋暖池纬向运移有约2个月和4—6个月的超前影响,是暖池纬向运移的两个重要动力因素。回归分析表明,赤道中太平洋海面纬向风应力异常和赤道西太平洋上层纬向流异常对西太平洋暖池纬向运移有很好的预报意义。     

赤道潜流变化及其与ENSO的关系

应用TOGA/TAO实测海流和SODA全球海洋再分析资料,分析研究了热带太平洋赤道潜流的变化特征及其与ENSO循环的关系,初步探讨了赤道潜流变化对两种不同类型(中部型和东部型)ENSO事件的影响。对赤道潜流距平场的EOF分解表明,第一模态为"东太平洋潜流模态",特征向量主要反映东太平洋赤道潜流的变化情况;第二模态为"中太平洋潜流模态",特征向量主要反映中太平洋赤道潜流的变化情况;这两个主要模态基本可以反映赤道潜流距平场的主要信息。这两个模态对应的时间系数有明显的年际变化特征,并且与NINO指数都有较好的负相关,最大相关均通过99.9%的信度检验。相关分析表明潜流第一模态的变化滞后于NINO指数变化,而第二模态的变化则提前于NINO指数变化,即ENSO事件对东太平洋赤道潜流的变化有一定影响,而中太平洋的潜流变化又会对ENSO事件产生影响。通过个例分析表明,中太平洋赤道潜流的变化对两种不同类型ENSO事件的发生有重要影响。在东部型ENSO事件发生前,中太平洋赤道潜流增强,这样西太平洋暖池的异常海温在潜流的引导下快速向东传播,直接到达东太平洋形成东部型ENSO事件;中部型ENSO事件发生前,中太平洋赤道潜流明显减弱,西太平洋的异常海温不能迅速东传速,在中太平洋堆积上升到达海面,使得中部型ENSO事件爆发。     

137°E赤道潜流1月年际变化及其原因的探讨

利用日本海洋调查船沿137°E断面8°N—1°S之间、1968—1985年每年1月份的海流实测资料,分析了该断面上赤道潜流的变化。资料表明,该处赤道潜流位于1°—2°N之间的温跃层中、下部,其单、双核结构均可出现,且下层流核之流速多大于上层流核。该处潜流1月年际变化明显,一般E1 Nino(简称EN)后期流速小于非EN时期。这主要是由于EN初期夏、秋季中太平洋信风风场发生变化,从而导致赤道及热带太平洋纬向压力梯度变化。此外,137°E赤道潜流与其两侧流的经向辐合关系密切,这表明了北赤道逆流和南赤道流对潜流的可能影响。     

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.     

近年来厄尔尼诺期间北赤道流输运的年际变化

为了研究近年来厄尔尼诺期间北赤道流输运的年际变化,本文利用海洋客观分析数据MOAA GPV(Grid Point Value of the Monthly Objective Analysis)以及P-vector方法计算了北太平洋绝对地转流,探讨了2001~2013年期间厄尔尼诺与北赤道流输运之间的关系。在此期间发生的4次厄尔尼诺事件中,北赤道流输运在2002~2003、2006~2007、2009~2010年的厄尔尼诺成熟期都出现了明显的增强,但是在2004~2005年的厄尔尼诺成熟期并没有明显的增强。进一步分析发现,在2002~2003年、2006~2007年、2009~2010年的厄尔尼诺成熟期,10°N以南的热带西北太平洋区域出现了负的海面高度异常和气旋式环流异常,这主要是由热带环流区域出现的西风异常和正的Ekman抽吸通过Rossby波西传到热带西太平洋区域所致;但是在2004~2005年厄尔尼诺成熟期,海面温度异常的分布明显不同,西风异常和正的Ekman抽吸异常明显北移,导致负的海面高度异常和气旋式环流异常出现在了10°N以北的西北太平洋区域,使得北赤道流输运在2004~2005年的厄尔尼诺成熟期没有明显的增强。     

ENSO期间热带西太平洋势能的年际变化

利用1986/1987ENSO事件前后的深水CTD资料,计算了热带西太平洋(141°~165°E,10°N~10°S)相对于不同等压面的势能空间分布和时间变化。结果表明,ENSO期间热带西太平洋单位面积上水柱的势能明显减小,而热带西太平洋势能的经向变化明显大于纬向变化。经向变化的特征是赤道外势能大于赤道上的势能。势能最大值位于4°N和4°S,而最大年际变化则发生于7°N,远大于赤道附近。最后,还分析了热带西太平洋势能分布的地域性特征,并指出了这些特征与海洋水文特征的联系。     

美国1985年EPOCS秋冬季海上调查

EPOCS是Equatorial Pacific Ocean Climate Study的缩写,意为赤道太平洋海洋气候研究。EPOCS研究计划是由美国海洋大气局(NOAA)主办的,它是试图进一步了解海洋在世界气候中的作用的一个大型调查研究计划。它的主要目的是调查研究赤道太平洋海面水温变化的主要机制,海流的时空变化以及这些变化如何受风场变化的影响     

冬、夏季印度洋越赤道经向翻转环流的年际变化

利用50 a的SODA资料对1月(冬季)和7月(夏季)印度洋越赤道经向翻转环流的年际变化进行研究。通过对2类典型年份的合成分析指出:1月份正异常年对应的经向翻转环流偏强,向北的经向热输送增加;7月份正异常年对应的经向翻转环流则偏弱,向南的经向热输送减少;1月份和7月份的负异常年皆与其正异常年相反;越赤道经向翻转环流有明显的年际变化,平均周期在4 a左右;经向翻转环流的年际变化和海面风场的变化密切相关。提出了反映1月和7月此环流年际变化的几个指数。     

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。