基于卫星高度计资料提取热带印度洋Rossby波传播速度与变形半径

Rossby波是地球流体中的一种低频大尺度波动,在全球海洋动力过程的调整中发挥着关键作用。利用1993~2011年多卫星高度计融合的月均海平面高度异常数据,基于二维Radon变换方法提取了热带印度洋南北纬5°~20°区域的Rossby波纬向传播速度。结合斜压Rossby波的理论模型,利用1993~2008年多年平均的简单海洋再分析数据集的温盐资料,计算了自由线性的一阶斜压Rossby波的理论波速值。通过对比理论波速与高度计的观测波速,发现在印度洋5°~20°S间理论值与观测值比较接近,在5°~20°N间两者差别较大,其误差可能来源于两个方面:1)该区域较多陆地阻隔引起了Rossby波的绕射和反射;2)多边界激发的多个Rossby波发生相互作用。利用卫星高度计观测提取的Rossby波波速计算了热带印度洋南北纬5°~20°范围内的Rossby波的变形半径,给出了Rossby变形半径与纬度的解析表达式。该式能够很好地描述热带印度洋不同纬度的Rossby变形半径,为今后热带印度洋Rossby波速的应用提供了理论和观测依据。     

行星地转框架下南大洋的长Rossby波海盆模

在行星地转框架下研究了具有弱耗散的南大洋的低频长Rossby波海盆本征模。本征模的本征函数具有倾斜的特点。最小耗散模的周期是由海盆中最慢的Rossby波从东边界传到西边界所需要的时间确定的,而其他模的本征频率是最小耗散本征模的本征频率的整数倍。最小耗散本征模的周期对耗散系数和大陆的南北平移不敏感,而半衰期对这2个参数比较敏感。另外,最小耗散本征模的周期和半衰期都对德雷克海峡的关闭或打开较敏感。通过假定科氏参数为β0的线性函数,发现本征函数的倾斜方式和周期都随着f0和β0变化,而半衰期在耗散系数不变的情况下基本是不变的。进一步验证了海盆模的本征函数的倾斜方式与斜压Rossby波传过海盆的时间有关。     

Rossby波对菲律宾以东太平洋海平面年际变化的影响研究

采用能够反映斜压大洋对大尺度海表面风应力旋度响应的一层半约化重力模式研究菲律宾以东太平洋海区Rossby波与海平面年际变化的关系.模式分别利用海区东侧验潮站和卫星高度计海表面数据作初始东边界,对Rossby波西传路径上的风应力旋度进行积分,得到西侧海平面信号.结果发现,模拟的海平面信号跟验潮站和卫星高度计资料相关性很高,并能模拟出海平面年际变化特征和低(高)异常信号由东侧产生并向西传播的过程,反映了一阶斜压Rossby波对菲律宾以东太平洋海区年际海平面变化的动力机制.     

北太平洋风场变化对东亚陆架海SST的影响

太平洋内部的气候变化与东亚陆架海海洋环境变化密切相关.本文利用OAflux资料、NCEP再分析资料,分析北太平洋内部风场的时空变化特征,将其距平场序列与东亚陆架海SSTA序列进行相关性分析,找出对东亚陆架海SST影响显著的风场关键区.结果表明:东亚陆架海SST距平序列与PDO指数同期相关系数接近于0,说明北太平洋内部异常信号只能通过斜压Rossby波调整影响东亚陆架海SST,不存在正压调整过程;北太平洋风场“关键区A、B”对东亚陆架海SST的变化影响最显著,且1958-2010年,2个风场“关键区”风速异常增强,分别被风应力旋度偶极子、异常负风应力旋度场控制,异常信号从中东太平洋传递到东亚陆架海,导致该海区SST明显升高,尤其是黑潮海域;“关键区A、B”风场异常信号分别超前东亚陆架海SST变化4a (7a)、4a时呈显著正相关,该时间基本与斜压Rossby波从大洋中东部传递到西部或副热带环流对风场变化通过斜压Rossby波进行调整所需的时间一致.     

缓变风场驱动下正压环流中的多涡结构

利用正压涡度方程，研究了缓变风场驱动下水平尺度1000km平底方形海盆中海洋环流的响应。结果表明，缓变风场驱动下海洋环流的响应是多涡型的，线性情形下多涡结构表现为共振受迫Rossby波；非线性情形下受迫Rossby波被扭曲，多涡结构是由受迫Rossby波和次海盆尺度的惯性再循环共同构成。无论是稳定风场还是缓变风场，非线性作用越强，环流越趋于不稳定；非线性作用强且水平耗散作用弱时，非线性不稳定过程可能完全掩盖了变化的风旋度向海盆涡度输人的影响，此时风的变化对环流型式不再重要。     

Rossby波临界周期与海面高度异常能谱临界周期在南海的空间分布特征

本文利用WOA01(the Word Ocean Atlas 2001)海水各层气候态温盐数据计算南海Rossby波临界周期,并与其在同纬度西北太平洋中的分布对比.结果显示,在南海中Rossby波临界周期随纬度增加而逐渐增加,并且由于南海的特殊地形,海盆中Rossby波临界周期呈北东-南西向分布,与其在大洋中呈纬向带状分布不同.通过分析南海各网格点上海面高度异常(SSHA,the sea surface height anomaly)的能谱,我们发现在海盆中部其临界周期与当地Rossby波临界周期基本相同,其值也随纬度增加而逐渐增加,因而从观测上验证了模式结果,即在海面风应力旋度能谱临界周期小于等于当地Rossby波临界周期的条件下,海洋响应能谱临界周期等于当地Rossby波临界周期.     

Rossby波模型对西北太平洋海表面高度年际变异的可预测性研究

根据海洋Rossby波的西传特性, 使用一阶斜压Rossby波模型对北太平洋海表面高度的年际变异进行了回报和预测研究。回报结果表明, Rossby 波模型能够较好地模拟北太平洋海表面高度的年际变异。尤其是黑潮延伸区的下游, 模拟结果与卫星观测的相关系数达到0.8以上。预测结果表明, Rossby 波模型在两个纬向分布的海域有显著的预报能力, 分别位于高纬度中部和副热带环流西部。前者可提前5—6年, 后者可提前2—4年。此外, 重点开展了Rossby波模型在西北太平洋的预报能力研究。结果表明, Rossby波模型对中国的边缘海有着很好的预测能力, 包括南海北部、台湾以东和东海黑潮海域, 分别在提前32、40和52个月时能取得最佳的预测效果。     

《海洋科学进展》第25卷（2007年）总目次

第1期南印度洋绕极深层水的性质和空间分布以及南极绕极流的作用蒲书箴,董兆乾,于卫东,卢燕,项宝强(1)…………………………………………………………………………………………………………………用于极地的中尺度大气模式Polar MM5的改进和检验马艳,陈尚,张庆华,BROMWICH David H.(9)…………………………………………………………………………………………………………………第一斜压Rossby波在大洋传播中的调整……………………范海梅,张庆华,李丙瑞,曲媛媛,张志欣(15)南海海面温度与Nin~o/DMI指数年际变异的相关性分析陈海英,方…     

大洋Rossby波动纬向传播速度的分布特征

利用1992年10月22日-2001年7月17日扣除年循环的T／P和ERS-1／-2的卫星融合高度计资料，应用二维Radon变换方法，对太平洋和大西洋的洋盆东部、西部的大洋Rossby波的纬向传播速度进行了分析与对比，并将二者分别与经典线性理论值比较，得出洋盆西部的Rossby波普遍比洋盆东部传播要快；中纬度海域大洋Rossby波的传播速度观测值与理论值的比率小于前人结果；并且在热带及副热带海域，大洋Rossby波的传播速度的观测值要低于理论值的结论。     

南海简正模态型季节内振荡的数值模拟

本文基于大洋环流数值模式HYCOM对南海季节内振荡进行模拟,并利用CEOF方法对季节内振荡的物理特性进行了分析。结果表明,季节内振荡起源于南海东边界并以5.87cm·s-1向西传播,在南海海盆内存在3个完整波型,波长为360km,周期为71d。季节内振荡引起的流速振幅在表层最大,随着深度的增加迅速减小。Rossby波理论的分析结果表明,该振荡是南海海盆内的简正模态,属于Rossby波的第一斜压模态。     

地球流体中的非线性Rossby波

Rossby波是由行星涡度随纬度变化引起的一种波动,它是地球流体中大尺度运动的主要波动之一.     

Adjustment time of the first baroclinic Rossby wave in the global oceans

1Introduction Planetary waves involve the main processes bywhich perturbation signal in one part of the ocean istransferred to another part.In the1970s,mostof theprevious theoretical studies focus on the local Ekmanpumping and the nondispersive long baroc…     

赤道行星波对西赤道太平洋暖池热传播的作用

利用热带海洋和全球大气试验(TOGA)期间(1980～1996年)热带大气海洋观测阵(TAO)的长期浮标资料,分析了赤道行星波对西赤道太平洋暖池热传播的作用。结果表明,西赤道太平洋暖池纬向热传播主要出现在次表层水体中,并沿温跃层向东传播;而向西传播的季节热结构变化主要出现在中、西赤道太平洋的混合层中;驻波型传播在西赤道太平洋主要出现于温跃层,在中赤道太平洋主要出现于混合层和温跃层,在东赤道太平洋主要出现于混合层。在平均条件下,赤道太平洋上层水温纬向热传播信号以驻波型和东传型较强,西传型较弱。赤道Kelvin波压力分量贯穿西、东赤道太平洋并向东输送暖池热能,纬向流分量的热输送主要出现在西赤道太平洋;Rossby波压力分量的热输送主要出现在东、中赤道太平洋;混合Rossby重力波激发纬向流的热输送作用比相应温跃层扰动强。在平均条件下,赤道太平洋上层水温的驻波型变化制约了西赤道太平洋暖池热量的持续向东输送,因此形成了赤道太平洋水温的正常季节变化形态。当水温的驻波型变化减弱而东传型变化加强时,随后将形成厄尔尼诺现象。     

中、低纬太平洋ARGO测站Rossby内波垂直模态的数值计算

针对中、低纬太平洋ARGO测站的4个实际层结个例,计算了无背景流下准地转海洋Rossby内波的垂直模态。结果表明,海水层结垂直方向的不均匀和跃层的存在,使该垂直模态的波型发生了歪曲变形,致使其偏离了余弦波：跃层越强,这种变形也越大：层结最强的层次对应着最大的波动振幅,多极值的层结对应着多个极大振幅：该内波垂直结构函数的零点随模态序数依次递增,且其零点在海水层结较强的层次要比较弱的层次密集。     

An Amplification Mechanism of Intraseasonal Long Rossby Wave in Subtropical Ocean

The satellite altimeter data reveal that intraseasonal long Rossby wave is amplified in the western part of subtropical ocean. Based on a two and half layer ocean model we infer that the intraseasonal long Rossby wave may be amplified by the baroclinic instability. According to the baroclinic instability criterion derived from the two and half layer model, we calculate the baroclinic instability area of the Subtropical North Pacific Ocean based on Levitus98 data. The baroclinic instability area is well in accord with the amplification area of the intraseasonal long Rossby wave, and this also proves that the baroclinic instability is the main amplification mechanism of the intraseasonal long Rossby wave in the subtropical ocean. The consistency between the baroclinic instability area and potential vorticity (PV) pool is further proved in this paper, therefore, we have confidence that the intraseasonal long Rossby wave is amplified in the PV pool. Due to the relatively large ocean basin and weak ventilation, the PV pool is much larger in the North Pacific Ocean than in the North Atlantic Ocean, and this is the reason for the difference of wave amplification areas of these two Oceans.     

Dynamic research and analysis of the 2010 La Nina

利用“LASG／IAP气候系统海洋模式”（LASG/IAP Climate system Ocean Model,简称LICOM海洋模式）和全球简单海洋资料同化分析系统产成的SODA（simple ocean model assimilation）资料研究了2010年拉尼娜事件发生的动力机制。结果表明,2010年拉尼娜事件发生于2010年6月,是继2009年厄尔尼诺事件之后发生的一次较为特殊的一次冷事件,该事件将持续到2011年;该事件主要是由2010年西边界反射的东传上升Kelvin波和西太平洋异常东风激发的,而赤道太平洋纬向流异常在该事件的形成过程中也起着非常重要的作用。通过对本次拉尼娜事件动力机制和发生发展过程的研究分析,进一步加深了对拉尼娜事件动力机制的了解,同时对拉尼娜事件的预报及防灾减灾有重要意义。     

有界赤道大洋波包解及其年际年代际变率

Linearized shallow water perturbation equations with approximation in an equatorial β plane are used to obtain the analytical solution of wave packet anomalies in the upper bounded equatorial ocean. The main results are as follows. The wave packet is a superposition of eastward travelling Kelvin waves and westward travelling Rossby waves with the slowest speed, and satisfies the boundary conditions of eastern and western coasts, respectively.The decay coefficient of this solution to the north and south sides of the equator is inversely proportional only to the phase velocity of Kelvin waves in the upper water. The oscillation frequency of the wave packet, which is also the natural frequency of the ocean, is proportional to its mode number and the phase velocity of Kelvin waves and is inversely proportional to the length of the equatorial ocean in the east-west direction. The flow anomalies of the wave packet of Mode 1 most of the time appear as zonal flows with the same direction. They reach the maximum at the center of the equatorial ocean and decay rapidly away from the equator, manifested as equatorially trapped waves. The flow anomalies of the wave packet of Mode 2 appear as the zonal flows with the same direction most of the time in half of the ocean, and are always 0 at the center of the entire ocean which indicates stagnation, while decaying away from the equator with the same speed as that of Mode 1. The spatial structure and oscillation period of the wave packet solution of Mode 1 and Mode 2 are consistent with the changing periods of the surface spatial field and time coefficient of the first and second modes of complex empirical orthogonal function(EOF)analysis of flow anomalies in the actual equatorial ocean. This indicates that the solution does exist in the real ocean, and that El Ni?o-Southern Oscillation(ENSO) and Indian Ocean dipole(IOD) are both related to Mode 2.After considering the Indonesian throughflow, we can obtain the length of bounded equatorial ocean by taking the sum of that of the tropical Indian Ocean and the tropical Pacific Ocean, thus this wave packet can also explain the decadal variability(about 20 a) of the equatorial Pacific and Indian Oceans.     

2010 年拉尼娜事件发生的动力机制研究

利用"LASG/IAP气候系统海洋模式"(LASG/IAP Climate system Ocean Model,简称LICOM海洋模式)和全球简单海洋资料同化分析系统产成的SODA(simple ocean model assimilation)资料研究了2010年拉尼娜事件发生的动力机制。结果表明,2010年拉尼娜事件发生于2010年6月,是继2009年厄尔尼诺事件之后发生的一次较为特殊的一次冷事件,该事件将持续到2011年;该事件主要是由2010年西边界反射的东传上升Kelvin波和西太平洋异常东风激发的,而赤道太平洋纬向流异常在该事件的形成过程中也起着非常重要的作用。通过对本次拉尼娜事件动力机制和发生发展过程的研究分析,进一步加深了对拉尼娜事件动力机制的了解,同时对拉尼娜事件的预报及防灾减灾有重要意义。     

台湾岛以东涡旋及东海黑潮的变化特征

台湾岛以东海域是黑潮变异最为强烈的区域之一,副热带逆流(STCC)区产生的大量涡旋西传至此,对台湾以东的黑潮流径和流量产生较大影响。但是受观测资料限制,目前对这些涡旋的垂向结构尚不清楚。利用ARGO剖面浮标资料并结合卫星高度计资料,对台湾岛以东的涡旋垂向结构及其运动特征进行了详细的分析。通过分析表明,这些涡旋垂向尺度可以深达2 000 m,水平尺度约200 km,其表层切向速度可以达60 cm/s,与黑潮流速相当,而在1 000 m层上的平均切向流速还可达8 cm/s左右。根据高度计资料分析,这些涡旋是源自STCC区的Rossby波西传结果,其Rossby变形半径为43 km,其相速度约4.2 cm/s。另外,根据浮标观测表明,1 000 m层上东海黑潮按照流速可明显分成3个区段。