西北太平洋边缘海的放射虫生物地理特征

系统了解不同海区沉积放射虫组成的区域特色、气候条件及其与水团和海流的关系是进一步探讨放射虫全球性分布规律与应用的重要基础.通过分析南海、东海、日本海、鄂霍次克海、白令海、菲律宾海以及北太平洋西边界流区等典型区域的代表性海底表层样品,较好地揭示了西北太平洋海区的放射虫生物地理特征,并初步探讨了其主要环境控制因素及其与北太平洋环流之间的关系.结果表明,西北太平洋各海区沉积物中的放射虫可以划分为类群A和类群B两个大的生物地理区系,其中,类群A主要分布在热带-亚热带海区,其放射虫丰度与分异度较高,群落组成以暖水种为主;而类群B主要分布于寒带-亚寒带海区,放射虫丰度与分异度较低,群落组成中冷水种含量较高.此外,类群A可分为A1至A5五个亚类,分别对应于东海、菲律宾海、南海、日本海以及黑潮区,类群B分为B1至B3三个亚类,分别与鄂霍次克海、白令海和亚北极环流区有着较好的对应关系.不同生物地理区放射虫沉积分布的总体特征表明,温度和盐度是西北太平洋海区沉积放射虫具有纬向性分布规律的主要原因,水体深度是同一海区不同区域放射虫沉积分布存在差异特征的另一影响因素.主要放射虫属种在相邻海区的出现表明不同生物地理区的放射虫组合存在一定的关联,进而依据不同海区放射虫共有属种的含量与分布特征,划出了五个放射虫特征组合,分别对应着黑潮主流、黑潮-东海分支、黑潮-南海分支、对马暖流以及亲潮水团.     

北太平洋海冰, 一个西北太平洋台风生成频次的预测因子?

研究了北太平洋海冰面积与西北太平洋台风生成频次的关系. 研究表明冬季(前一年12月至1, 2月)和春季(3~5月)北太平洋海冰面积指数与全年的西北太平洋台风活动频次在1965~2004年中有显著的反相关关系, 相关系数分别为-0.42和-0.49(显著性水平达到99%以上). 冬、春季北太平洋海冰面积越大, 西北太平洋台风生成频次减少. 研究表明与春季北太平洋海冰面积正异常相关的热带环流和海温异常将提供不利于西北太平洋台风生成的热力和动力条件. 与春季北太平洋海冰面积的异常相关的北太平洋大气环流, 将通过大气遥相关引起春季热带环流的变化, 由于热带环流在春季到台风生成的盛期(6~10月)有很强的季节持续性, 因此, 与春季北太平洋海冰面积变化相关的热带环流和海温能够影响西北太平洋台风的生成频次.     

历史水文观测数据反演的热带太平洋西边界流多年代变化趋势

大尺度海洋环流是海洋能量再分配的基本物理过程之一,研究西太平洋海洋环流在全球气候变暖背景下的多年代变化趋势对理解和预测未来西太平洋气候变化具有重要意义.本文利用最新发布的世界大洋数据集(WOA18)的年代平均水文观测时间序列,计算了1955~2017年间热带西太平洋北赤道流、北赤道逆流、棉兰老流、源地黑潮和新几内亚沿岸潜流的地转流,估算了各支海流的流量及其多年代变化趋势,分离并讨论了温度变化和盐度变化在海流变化中的贡献.结果发现,北赤道流、棉兰老流和新几内亚沿岸潜流在过去60多年中均表现出显著的长期增强趋势,主要是温度变化贡献的,动力高度的变化趋势模态与各西边界流的变化趋势吻合.分析发现,各支海流同纬度西太平洋海域的区域平均纬向风应力可比较准确地刻画各海流流量的年代际变化特征和多年代增强趋势,表明信风强迫在热带西太平洋海洋环流的年代际变化趋势中具有重要作用.本文还讨论了热带西太平洋历史水文观测数据和流量趋势估计中存在的不确定性.由于WOA18数据集比较完整地涵盖了历史上在热带西太平洋获取的水文环境采样数据,因此本文为估计西太平洋大尺度海洋环流的多年代变化趋势提供了重要观测证据.     

南海海面高度和输运流函数: 全球 变网格模式结果

为了研究南海环流结构和变异及其与外部水域的关系, 我们建立了一个嵌套于全球大洋环流模式中的高分辨率中国近海环流数值模式. 给出模拟所得南海月平均以及年平均的海面高度和流函数分布, 与TOPEX/POSEIDON资料比较表明, 所得海面高度距平与观测十分一致. 基于这些结果, 讨论了南海的环流结构, 尤其是上层环流结构. 结果表明: 对于表层海水来说, 黑潮在冬、春和秋季均通过吕宋海峡入侵南海, 夏季则表层没有入侵. 但对于整个海水而言, 全年均有海水从太平洋通过吕宋海峡进入南海. 这一差异表明, 在夏季, 太平洋的海水是在次表层和中层入侵南海的.南海北部陆坡附近全年受气旋式环流控制. 夏季的南海南部反气旋流圈、越南东南离岸流和冬季的南海南部气旋流圈都得到了很好的再现. 南海海面高度和海面高度距平之间的差异明显. 表明, 在利用卫星高度计资料研究南海的上层环流时, 长期平均海面高度的空间分布有重要意义.     

开边界海盆尺度环流模式模拟北太平洋CFCs分布

利用一个开边界北太平洋海盆尺度环流模式模拟了北太平洋CFCs的吸收和分布.模式计算了CFC_11海气界面通量及其在海洋中的输运和再分布，考察了开边界对模式模拟结果的影响以及开边界模式中不同沿等密度面扩散系数的影响.打开南边界可以很好地改善赤道以南海区的CFC_11模拟.增加沿等密度面扩散系数使得137°E和165°E断面模拟的高CFC_11水向南、向下输送的强度和影响范围都有明显增大，能很好地改善西北太平洋的模拟结果.西北太平洋是CFC_11的一个重要的汇区，此外在赤道东太平洋上升流区还存在一个小的汇区.     

北太平洋风暴轴的变异特征及其与中纬度海气耦合关系分析

本文使用欧洲ECMWF（ERA40）再分析资料，通过经验正交函数（Empirical Orthogonal Function，EOF）分解探讨了冬季北太平洋风暴轴的变异特征，使用回归分析得到了与风暴轴空间异常型相关的冬季大气平均流异常、表层海温（Sea Surface Temperature，SST）异常的空间耦合型.研究结果表明，冬季北太平洋风暴轴主要有两种空间异常型，第一种是风暴轴中东部明显北抬（南压），使得整个风暴轴向东北（东南）倾斜，与此同时，在中纬度北太平洋海区，冬季暖（冷）异常的洋面上是异常高压（低压），海气系统在垂直向表现为一种暖脊（冷槽）配置，在对流层中高层是太平洋-北美（Pacific North American，PNA）型负（正）位相.第二种是风暴轴整体性加强（减弱）并偏北（南），此时，黑潮区海温异常偏暖（冷），低层阿留申低压和高空的西风急流略偏北（南），对流层中高层表现为西太平洋（Western Pacific，WP）型负（正）位相.风暴轴EOF分解的时间系数与阿留申低压指数、PNA指数、WP指数，以及与尼诺3区（NINO3）指数、黑潮海温指数间显著的相关性再次证实了在北太平洋中纬度地区存在着SST异常、风暴轴异常和大气平均流异常三者间的空间耦合型.     

北太平洋对人为二氧化碳吸收的数值模拟

采用一个开边界海盆尺度环流模式研究人为CO2在北太平洋的吸收和分布，并与闭边界模式的模拟结果进行了比较.模拟结果表明，西北太平洋和赤道东太平洋是两个重要的人为CO2汇.使用较大的等密度面扩散系数使得西北太平洋人为CO2通量增大，而赤道海区通量减小（RUN2）.与闭边界模式相比，开边界模式中该两个区域的人为CO2通量都增加了.1800～1997年间，北太平洋共吸收人为CO2 2375GtC(1Gt=1×1015 g, RUN1).副极地海区是人为CO2的一个重要输出区，能输出人为CO2吸收量的38％～54％，而20°N～30°N海区是人为CO2的一个重要贮存区，占整个北太平洋的24％.开边界对于10°N以南太平洋吸收和贮存人为CO2有很大影响.与基于观测资料的估计相比，虽然模式低估了西北太平洋的人为CO2的穿透，高估了东北太平洋的人为CO2的穿透，但总的说来，模式比较好地估计了人为CO2在北太平洋的贮存.     

中国近海域际水、热、盐输运: 全球变网格 模式结果

建立了一个全球大洋变网格环流数值模式, 中国近海的分辨率为1/6°.由模式得出了通过南海和东海开边界的体积、热、盐输运的各月和全年平均值. 所得结果与已有的基于观测所得的体积输运估计值有良好一致性. 结果显示, 通过南海加入印尼贯穿流的体积、热、盐输运值为5.3 Sv, 0.57 PW和184 Gg·s^-1, 约占印尼贯穿流的1/4, 表明南海是太平洋到印度洋贯穿流的重要通道之一. 东海的黑潮输运值各为25.6 Sv, 2.32 PW和894 Gg·s^-1, 其中不到1/4通过西表岛与冲绳岛之间的水道. 热平衡计算表明, 南海从太阳和大气获得净热通量, 其值为0.08 PW; 而大气则从渤黄东海获得净热通量, 其值为0.05 PW.     

北太平洋海表面高度的年际变化及其机制

利用15年（1993～2007年）月平均的海表面高度（SSH）异常资料,分析了北太平洋海表面高度的年际变化的时空结构,并研究了热通量和风应力两个因子对其的强迫作用.结果表明,北太平洋年际时间尺度SSH变化的大值区在黑潮延伸区和西太平洋暖池区.EOF分解第一模态的空间结构沿纬向呈带状分布,第二模态为沿经向呈带状分布.热通量强迫作用在中纬度的东北太平洋可以解释SSH年际变化40%以上.风应力对SSH的作用包括正压和斜压两个方面.正压Sverdrup平衡模型模拟的SSH年际变化较弱,仅能解释高纬度副极地环流西部的20%~40%.由大尺度风应力强迫的第一阶斜压Rossby波模型可以解释热带地区的20%~60%,中纬度中部的20%~40%,以及阿拉斯加环流东部和副极地环流西部的20%~60%.风应力强迫的一阶斜压Rossby波模型对SSH的强迫机理又可分为局地风应力强迫和西传Rossby波作用.其中,风应力的局地强迫作用（Ekman抽吸）在东北太平洋、白令海以及热带中部有显著的预报技巧,可以解释SSH年际变异的40%以上.Rossby波的传播作用在中纬度海域的副热带环流中西部和夏威夷岛以东起着重要作用,可解释20%~60%.     

北太平洋海温与广西前汛期降水的联系

利用1979—2019年全国160站逐月降水资料、Hadley中心海温资料、NOAA以及NCEP/NCAR再分析资料,结合相关分析、信息流以及合成分析方法,分析了北太平洋海温异常与广西前汛期降水的同期联系,并初步探讨了前者对后者的影响及可能机制,结果表明：北太平洋关键区海温是广西前汛期降水的显著影响源,海温正位相(负位相)的异常分布在一定程度上导致了广西前汛期降水增多(减少).北太平洋关键区海温变化可以独立于赤道中东太平洋影响前汛期降水,而赤道中东太平洋海温变化可以起到调制作用,增强两者联系.北太平洋为正位相海温异常时,大气为“+-+”的经向三极型位势高度异常响应.与此同时,海温异常激发了向下游中高纬传播的Rossby波列,引起东亚沿岸位势高度正异常和反气旋环流异常.在上述机制下,贝加尔湖高压脊和东亚大槽均显著增强,使得中高纬冷空气更易南下.赤道中东太平洋海温的调制作用体现在对中低纬环流的影响.关键区海温正位相对应于赤道中东太平洋海温偏暖,后者引起局地异常上升运动,减弱Walker环流进而导致赤道西太平洋出现下沉异常,抑制了对流活动,在西北太平洋强迫出异常反气旋,使得副高加强西伸.副高...     

热带太平洋沃克环流变化的数值模拟

针对LASGBAP发展的耦合系统模式FGOALS-g2和FGOALS—s2,评估了其对热带太平洋沃克环流气候态的模拟能力,在此基础上,分析了沃克环流的变化特征,讨论了沃克环流变化的机理。对20世纪历史模拟结果的分析表明,两个模式均能够合理再现热带太平洋沃克环流气候态分布特征。观测中,过去百年（1900—2004年）和过去55年（1950～2004年）,沃克环流减弱,而近23年（1982～2004年）,沃克环流增强。在三个时间段内,FGOALS-g2模拟的沃克环流均减弱。FGOALS-s2中,过去百年赤道太平洋大气环流减弱,整个热带太平洋大气环流变化不明显;而在过去55年和近23年,模拟的沃克环流均增强。沃克环流变化模拟偏差与模式模拟的内部变率与观测不一致有关。降水与边界层向对流层输送的水汽相平衡的水循环约束关系可以很好地解释沃克环流的变化。FGOALS—g2中,在过去百年、55年和23年间,热带西太平洋降水相对变率（△P／P）增幅小于水汽相对变率（△q/q）增幅、东太平洋冷舌区△P/P增幅大于△q／q增幅,造成沃克环流减弱。FGOALS—s2中,在过去55年及23年间,热带西太平洋对流质量交换增强,东太平洋对流质量交换减弱,使得沃克环流增强。热带太平洋SST变化趋势分布型主导着沃克环流的变化。在过去55年和23年间,FGOALS—g2（FGOALS—s2）中,热带太平洋海表面温度（SST）变化表现为类El Nino（La Nina）型分布,对应沃克环流减弱（增强）。因此,气候系统模式合理模拟沃克环流变化的前提是对热带太平洋SST变化空间型的成功模拟。这一结论得到AMIP试验结果的支持。     

1997—1998年EI—Nino至La—Nina期间东海黑潮的变异

基于日本“长风号”调查船在1997年与1998年10个航次的CTD资料，采用改进逆方法及改进动力计算方法对东海黑潮的流速、流量进行计算。1997年5月出现了EI－Nino现象，东海黑潮流量在1997年夏季减少，1997年东海黑潮的平均流量也减少。在1997年1月与6－7月，即EI-Nino现象出现前后，东海环流的流态有些不同。在1998年4月至11月黑潮在PN断面出现多流核心的结构，特别在10－11月出现3个流核心，黑潮主流核的位置秋季时东移。1995年与1998年都是东海黑潮异常年，这些异常现象可能与冲绳岛以南出现的反气旋涡的强度变化以及从EI－Nino现象过渡到La-Nina现象有关。     

冬季大尺度环流对黑潮延伸体不同尺度海温异常的年代际响应特征及可能机制

大气环流对热带外海洋存在的不同尺度海温异常的响应研究一直是海气相互作用的热点问题,特别是广泛活跃的中小尺度海温异常对大气的影响.本文使用区域气候模式RegCM4.6,设计了三组不同初值的集合试验,研究了冬季北太平洋地区大尺度环流对黑潮延伸体(KE,Kuroshio Extension)附近不同尺度海温异常的响应特征,并...     

1997—1998年El-Nio至La-Nia期间东海黑潮的变异

基于日本“长风号”调查船在 1 997与 1 998年 1 0个航次的CTD资料 ,采用改进逆方法及改进动力计算方法对东海黑潮的流速、流量进行计算 .1 997年 5月出现了El Ni no现象 ,东海黑潮流量在 1 997年夏季减少 ,1 997年东海黑潮的平均流量也减少 .在 1 997年 1月与 6— 7月 ,即El Ni no现象出现前后 ,东海环流的流态有些不同 .在 1 998年 4至 1 1月黑潮在PN断面出现多流核心的结构 ,特别在 1 0— 1 1月出现 3个流核心 ,黑潮主流核的位置秋季时东移 .1 995年与 1 998年都是东海黑潮异常年 ,这些异常现象可能与冲绳岛以南出现的反气旋涡的强度变化以及从El Ni no现象过渡到La Ni na现象有关     

青藏高原热力作用对北半球气候影响的研究

总结了近年来关于青藏高原热力作用的气候特征及其对北半球区域气候影响的研究成果,主要包括：青藏高原热力作用不仅对亚洲季风和降水变率有着重要影响,而且还通过激发类似于亚洲．太平洋涛动的大尺度遥相关,影响着北美和欧洲以及南印度洋的大气环流和气候．青藏高原气候不是被动的受热带太平洋海温影响,它也可以通过北太平洋大气环流调制着太平洋热带和中纬度海．气相互作用．春、夏季青藏高原加热异常通过影响北太平洋副热带高压、哈德莱（Hadley）环流和赤道辐合带（ITCZ）,调制着热带ENSO发展,因此研究从青藏高原气候异常来预测ENSO发展的方法是必要的．这体现了北半球海．陆．气相互作用的本质．由于过去的研究更多地集中在青藏高原对亚洲季风区气候的影响方面,因而加强研究青藏高原在北半球乃至全球气候变化中的作用十分必要．     

氚输入函数的构造与北太平洋氚分布的模拟

使用一个开边界的北太平洋环流模式研究氚在北太平洋中的分布和输送. 首先, 选用全球同位素降水资料GNIP/ISOHIS, 用插值的方法构造模式区域1951~1997年的氚强迫函数. 之后将构造的氚强迫函数加为海表通量边界条件, 从零初始的氚分布积分环流模式47年. 将模拟结果与GEOSECS和WOCE的观测资料进行对比分析, 结果表明: 模式得到了与观测资料相符的经向梯度和次表层高值信号; 模拟出了北太平洋区域氚的总通量在1963年出现了明显的峰值, 氚的总储量在1975年后变化缓慢; 模式模拟的氚由高纬度海表进入, 经次表层输送向赤道方向转移, 与分析观测资料得出的结论是一致的. 但模拟结果在30°~40°N区域存在一定误差, 这种误差在模拟CFCs分布时也曾出现. 误差可能源于模式对这一区域物理过程描述的不足, 但在氚强迫函数构造过程中存在的不确定性因素也会影响模拟结果.     

1997—1998年El-Ni?o至La-Nia期间东海黑潮的变异

基于日本“长风号”调查船在1997与1998年10个航次的CTD资料，采用改进逆方法及改进动力计算方法对东海黑潮的流速、流量进行计算. 1997年5月出现了El-Ni?o现象，东海黑潮流量在1997年夏季减少，1997年东海黑潮的平均流量也减少. 在1997年1月与6—7月，即El-Ni?o现象出现前后，东海环流的流态有些不同. 在1998年4至11月黑潮在PN断面出现多流核心的结构，特别在10—11月出现3个流核心，黑潮主流核的位置秋季时东移. 1995年与1998年都是东海黑潮异常年，这些异常现象可能与冲绳岛以南出现的反气旋涡的强度变化以及从El-Ni?o现象过渡到La-Ni?a现象有关.     

南海海面高度、动力地形和环流的周年变化——TOPEX/Poseidon卫星测高应用研究

用1993~1999年的TOPEX/Poseidon卫星测高资料, 分析了南海海面高度距平场(SSHA)的平均周年变化; 结合历史水文资料, 反演了多年平均的逐月海面动力地形; 探讨了南海动力地形及其所反映的上层环流季节特征和演变规律. 分析表明, 南海大尺度环流的周年演替可分为4个阶段. 冬季(11~2月)南海环流表现为以北部气旋环流为主的气旋型双圈结构, 相关的特征还包括吕宋海峡的黑潮入侵和加里曼丹岛西北外海的东北向离岸流. 春季(3~4 月)气旋型双圈结构解体, 北部的气旋型环流依然维持, 南部环流则向反气旋型演变, 大尺度环流结构呈现偶极子特征. 夏季(5~7 月)和秋季(8~10月)海盆内部不存在明显封闭的大尺度环流, 环流以西南-东北流向的季风急流为主要特征, 但夏、秋流态有较大差别. 5~7 月季风急流贴中南半岛北上, 在海南岛东南18°N附近沿地形折向东形成反气旋型弯曲, 穿越南海后再折向东北. 8~10 月季风急流在13°N附近即离开中南半岛海岸进入海盆中部, 其流态转变为气旋型. 在春、夏、秋三季, 黑潮的入侵都不明显. 上述变化规律显示南海环流的动力调整在季风盛期过后就已经开始.     

厄尔尼诺对东亚大气环流和中国降水年际变异的影响:西北太平洋异常反气旋的作用

就有关厄尔尼诺通过西北太平洋异常反气旋影响东亚大气环流和中国降水年际变异的研究进展作了系统回顾,说明了与厄尔尼诺相关联的西北太平洋异常反气旋的形成机理以及对东亚大气环流和中国降水影响的物理过程.厄尔尼诺盛期时,热带西太平洋对流异常减弱造成的冷却异常,激发出大气Rossby波响应,导致了西北太平洋异常反气旋的产生.而热带西太平洋对流异常冷却的持续、西北太平洋局地海气相互作用以及热带印度洋和大西洋海温异常的持续等多种因子,导致了西北太平洋异常反气旋从厄尔尼诺盛期时的冬季持续到次年夏季.西北太平洋异常反气旋不仅对中国降水产生同期影响,也对厄尔尼诺次年夏季的中国降水产生滞后影响,导致中国南方降水异常偏多.本文也指出东亚大气环流和中国降水在拉尼娜冬半年不存在与厄尔尼诺相反的显著异常,说明了厄尔尼诺和拉尼娜对冬半年东亚大气环流和中国降水具有不对称影响.文中还讨论了厄尔尼诺的多样性及其影响、影响西北太平洋异常反气旋持续性的各因子与中国夏季降水异常的联系,并提出了一些需要进一步研究的问题.     

2022年中国南方破纪录的夏秋连旱:热带海温和欧亚加热的作用

2022年夏季至秋季,中国南方遭遇了一次持续的极端干旱事件,并对南方地区的经济发展和生态系统都造成了严重的影响.本文探究了引起这一持续性干旱事件发生的大气环流异常.研究结果表明, 2022年夏季中国南方极端干旱的发生与西北太平洋异常反气旋及东亚副热带急流北移所共同导致的水汽通量辐散和异常下沉运动密切相关.不同的是,后续造成秋季干旱持续维持的大气环流异常主要是位于孟加拉湾至中国南海地区上空的气旋性环流异常,该系统导致了中国南方的水汽减少和异常下沉运动.进一步的研究表明, 2022年夏季欧亚大陆北部罕见的强地表加热和热带太平洋的极端拉尼娜型海温异常共同导致在同期出现了西北太平洋异常反气旋和东亚副热带急流的北移,而秋季在孟加拉湾至中国南海地区上空形成的气旋性环流异常很大程度上是由热带印度洋海温的极端负异常导致的.