东、黄海海表面温度季节内变化特征的EOF分析

基于1998—2004年的TRMM/TMI卫星遥感海面温度(SST)数据,在初步分析东、黄海SST的季节分布特征的基础上,采用EOF方法分析了SST的季节内变化特征,进而对SST季节内变化的可能机制进行了探讨。EOF分析获得的前4个模态的累积方差贡献率为57.07%,其结果基本反映了东、黄海SST变化的主要物理过程。其中,EOF的第一模态的方差贡献率占30.17%,其空间模态揭示了以东海北部为中心的、整个海域SST变化趋于一致的特征,这一模态的显著变化周期为6.3周;第二模态的方差贡献率占14.36%,其空间模态呈现东南海域与西北海域SST的反相变化趋势,显著变化周期为8.7周和10.6周;第三模态的方差贡献率占7.02%,其空间SST变率最大的区域位于黄海海域,显著变化周期为6.8,8.7,10.2周等;第四模态的方差贡献率占5.52%,其空间SST变率最大的区域位于东、黄海近海,显著变化周期为6.8周。东、黄海SST季节内变化与此海区大气中的季节内振荡是紧密相关的。     

渤、黄、东海冬季海表冷暖水舌的时空变化及机理分析

海表冷暖水舌被广泛应用于定性描述海表水温(SST)的空间分布特征,但缺少定量的表述和研究。本文以海表冷暖水舌轴线的空间位置和温度为指标,用2006—2014年逐年冬季(2月)的遥感SST数据,分析了渤海、黄海和东海冬季的冷暖水舌的空间分布和年际变化,并探讨了其形成机理。结果表明,渤海、黄海和东海冬季存在2条冷水舌和6条暖水舌。水舌位置的EOF前三个模态(73.4%)基本解释了其年际变化,其中空间第一模态呈同相分布,在东海中部及西部的变动幅度最大;空间第二和第三模态主要呈反相分布,分别在九州岛南部及黄海区域变动幅度较大。水舌温度的EOF第一模态(69.6%)呈空间同相分布,变动幅度在渤、黄海较大,在东海南部较小。水舌位置和水舌温度都存在准2~3 a周期的年际变化,但只有水舌位置EOF第二模态通过95%水平的显著性检验。海表相对较均匀的负净热通量(海洋向大气输送热量),使得浅水区SST比深水区下降得快,水深(上混合层深度)是冷暖水舌形成的原因之一;平流热输送的空间差异显著且在冷暖水舌区域中的作用最大,在冷舌区域起到降温作用,在暖舌区域起到增温作用,平流热输送是冷暖水舌形成的主要原因。     

1990～1999渤海SSTa年际变化的特征

基于 1990～ 1999年逐周的 (18× 18)km分辨率的海表温度 (SST)资料 ,将其与历史资料 (195 9～ 1982 )对比 ,发现近 10年渤海SST较历史SST要高 ,但整体结构特征变化不大。进一步采用EOF方法对渤海SST异常 (SSTa)进行分析 ,得到 3个主要的模态。第一模态对总方差的贡献为 82 .4% ,表现为整个海区SSTa同步升温或降温的特征 ,结合渤海沿岸 2个测站的气温资料的分析 ,认为渤海SSTa第一模态的变化与渤海气温异常变化相互依存 ,另外 ,北黄海SSTa的变化可能是造成渤海SSTa第一模态在海峡口附近变化幅度大的主要因素。第二模态对总方差的贡献为 9.4% ,在空间上其对整个海区SSTa起东升温(东降温 )则西降温 (东升温 )作用 ,可能是ENSO现象影响渤海海温变化最直接的表现。第三模态对总方差的贡献为 5 .0 % ,在空间上其对SSTa起北升温 (北降温 )则南降温 (南升温 )的作用 ,认为其可能与山东陆域气温和黄海流域气温变化有关。     

基于CORA资料的中国海海表面温度季节和年际变化特征分析

基于1986-2008年的中国近海及邻近海域再分析产品(CORA),采用经验正交函数分解方法(EOF)分析了海表面温度(SST)的季节及年际变化特征,并用相应的SODA、AVHRR以及Levitus资料对CORA做了对比评估。相比于AVHRR而言,CORA资料SST的偏差和均方根误差均小于SODA,相比Levitus资料而言CORA资料温度盐度的均方根误差随深度的变化皆小于SODA。 CORA与SODA资料相比,两者前3个模态的时空分布大体一致,区别在于CORA资料能更好地反映参量的一些细微特征。结果表明,CORA资料能很好的刻画中国近海SST的季节、年际变化特征,尤其是黑潮流经区域SST的局地变化特征。季节EOF第二模态显示的是SST对由风引起的潜热释放的响应特征。第三模态刻画了冬夏转换季的分布特征,主要揭示了东北-西南走向的锋面特征。SST年际变化与ENSO密切相关,区域平均的南海SSTA与Nino指数的吻合程度CORA优于SODA。     

北欧海海平面异常及海水密度的时空特征

北欧海连接着北冰洋和北大西洋,在全球环流和气候中起着重要的作用。本文采用EOF方法对基于高度计遥感的SLA进行了分析,给出了其时空分布特征。对SODA数据给出的SSH和SST进行了SVD的分析,并利用ISHii再分析数据分析了海水密度的变化特征。结果表明,季节变化是导致SLA总体变化的主要因素,而中心区域的下沉流是导致SLA异常低的重要因素:东格陵兰海域极地水与北大西洋暖流交汇,形成的低温、高盐、高密的海水导致下沉流。文章最后分析了近20a来北欧海的SST变化,得出北欧海SST以0.024°C/year的速度升温,表明有更多的热量通过热盐环流向大洋底部输送,这将有利于减缓全球的气温升高。     

东中国海及毗邻海域海面风场季节及年际变化特征分析

本文基于美国Remote Sensing Systems公司提供的QuickScat海面风场产品,空间分辨率为0.25°×0.25°的月平均资料,进行了两种经验正交函数分解(EOF),以此分析研究中国近海(渤海、黄海、东海)以及台湾以东、以南洋面海面风场的季节变化和年际变化特征。研究发现:(1)季节变化是东中国海海表面风速变化的最主要特征,其变化占总变化方差的70.9%,黑潮的季节变化,通过海气交换影响其流经海域局地风场;(2)东中国海及毗邻海域海表面风速变化与太平洋年际变化以及热带风暴爆发有关,东中国海海表面风速年际变化显著的周期为1.5年和3.1年;(3)东中国海海域近年来整体上海表风速处于增大的趋势中,风速增大最大的区域出现在台湾东侧海域黑潮流经区域,最大增速在0.025 m/s/a以上。     

1993—2006年北太平洋海平面变化特征及影响因素

利用1993—2006年间卫星高度计资料分析北太平洋海平面的变化特征,结合同期上层海洋温度、盐度数据以及风应力资料分析比容海平面和风对海平面变化的影响。结果显示:1993—2006年北太平洋上升海域主要位于洋盆西侧中低纬度海域,高纬度海域及大洋东侧的中低纬度海域海平面呈下降趋势;同期比容海平面线性速率的空间分布与海平面相似。整个北太平洋海平面高度平均线性上升速率为2.9 mm/a,比容海平面平均线性上升速率为1.4 mm/a。比容变化对海平面上升趋势的贡献为47.5%。北太平洋海平面的季节变化占绝对优势,主要为1和0.5 a周期,对海平面距平做EOF,其第一和第三模态为季节模态。海平面季节变化的影响因素中,比容变化与海平面有相同的季节变化周期,比容海平面距平EOF的第一和第三模态为季节模态,分别与海平面的第一和第三模态空间分布相似,时间系数相关性好,比容变化在海平面季节特征中起到最主要作用。另一个因素风场主要通过Ekman抽吸和Rossby波的西传影响海平面的分布,其季节特征对海平面的季节特征有影响。北太平洋海平面也具有28个月的年际变化周期,海平面距平EOF第二和第四模态表现出年际变化特征。比容变化也具有28个月的显著周期,其距平场的第二和第四模态为年际变化模态,其中第二模态与海平面第二模态空间分布相似,时间系数相关性很好,海平面年际变化中比容起到重要影响。     

冬季黑潮延伸体区域涡旋尺度海面温度季节内变化特征

利用ERA_interim再分析资料以及OISST高分辨率海面温度(Sea surface temperature,SST)卫星观测数据,通过小波分析、二维模态相关(Pattern correlation)等方法系统地分析了黑潮延伸体区域涡旋尺度SST信号的季节内变化特征。发现涡旋尺度SST季节内变化信号在冬季最强、夏季最弱。该信号主要分布在黑潮-亲潮海洋锋面区域,在日本沿岸振幅最强、并沿黑潮、亲潮锋面向东延伸,其标准差高达1℃,是该海域冬季SST的重要变化信号。涡旋尺度SST的季节内变化周期以40～100 d周期为主,会引起大气边界层的响应,激发海气界面湍流热通量、海面气温、边界层高度等同位相的季节内变化。在该区域涡旋信号较强个数较多的时间段SST异常的季节内变化信号更明显,边界层大气与涡旋尺度SST季节内变化信号的相关程度更大。     

东海海域海表温度场的EOF分析

本文利用EOF分析方法,分析了东海26.5°N~33.5°N,122.5°E~129.5°E范围内自1984-2003年的年平均海表温度,结果显示出代表厄尔尼诺和黑潮、对马暖流、伸入黄海的高盐暖水舌的各种空间模态和时间演变情况。     

1985-2005年东海海表温度时空变化特征分析

利用1985-2005年间AVHRR辐射计获取的东海海表温度资料,研究其时空变化特征.1985-2005年间东海海表平均温度总体呈上升趋势.对东海海温距平(SSTA)进行经验正交函数(EOF)分解,得到其2个主要变化模态,EOF1占总方差变化的34.8％,主要变化周期为3～5 a,表示1985-2005年中东海绝大部分...     

中国近海海温年际年代际振荡关键海区分析研究

用HADLEY中心的HadISST的海温资料、NCEP的大气资料、国家气象局发布的74个月平均环流指数和美国华盛顿大学的PDO指数,讨论研究了中国近海海温的年际年代际振荡。通过对我国近海海温的EOF分析,可以发现我国近海30 N附近是海温年际年代际振荡信号最强的关键区,它占了总量的58.2%,与澳大利亚东北沿海海温年代际振荡有相同的周期,最明显周期是44—45年,滞后PDO信号近15年左右。该关键区海温与澳大利亚东北沿海海温都还存在1年、5年和15年的振荡,它们的相关系数达到0.604,属于同一个模态。另外,1年的海温振荡信号除了澳大利亚东北沿岸以外,还沿着西太平洋海岸线分布,因此中国近海海温年际年代际振荡不是一种局地现象,而与太平洋海温变化有关。另外,它是海气相互作用的结果,与中高纬度的东亚大槽和低纬度太平洋印度洋的风场、西太平洋副高和南海副高、大气温度场甚至南半球环流有明显的关系。     

Temporal and spatial variabilities of Japan Sea surface temperature and atmospheric forcings

In this study, we used the National Centers for Environmental Prediction monthly sea surface temperature (SST) and surface air temperature (SAT) data during 1982–1994 and the National Center for Atmospheric Research surface wind stress curl data during 1982–1989 to investigate the Japan Sea SST temporal and spatial variabilities and their relations to atmospheric forcing. First, we found an asymmetry in the correlation coefficients between SST and wind stress curl, which implies that the SST variability at the scales of the order of one month is largely due to atmospheric forcing. Second, we performed three analyses on the data fields: annual mean, composite analysis to obtain the monthly anomaly relative to the annual mean, and empirical orthogonal function (EOF) analysis on the residue data relative to the summation of the annual mean and the monthly anomaly. The first EOF mode of SST accounts for 59.9% of the variance and represents the Subpolar Front. The temporal variation of the first EOF mode implies that the deep Japan Sea could be cooler in cold seasons (November–April) of 1984–1987. Third, we computed cross-correlation coefficients among various principal components and found that the atmospheric warming/cooling is the key factor causing intra-seasonal and interannual SST variabilities.     

秋季巴伦支海海温异常对冬季我国渤海冰情的可能影响

本文利用美国NCEP/NCAR逐月的再分析资料、HadISST海温、中国160台站气温和反映渤海冰情轻重的渤海冰情等级资料,研究了前秋巴伦支海海温异常对后期渤海冰情和东亚冬季风的影响,并对相关的物理过程进行分析。结果表明,前秋巴伦支海关键区海温与该区域海冰密集度呈显著的负相关,且具有较好的持续性,通过调节随后冬季向大气释放的热通量,引起后期环流变化。偏高(偏低)年冬季亚洲纬向环流偏弱(偏强),东亚大槽加深(减弱),东亚冬季风加强(减弱),我国东北、华北及西北地区地区显著偏冷(偏暖),这与冬季渤海海冰异常的强度和范围都偏大(小)及与之相联系的环流异常相一致。进一步的分析揭示了联系上游关键区海温变化与后期东亚地区气候异常的重要途径,前秋巴伦支海海温偏高会导致200 hPa高度场形成一个自西向东的波列形式,在东亚局地Hadley环流异常的作用下,加强了我国北方地区地表的北风异常。因此,前秋巴伦支海海温异常可以作为冬季渤海冰情的预报因子。     

影响东海气候的太阳活动信息分析

采用逐次滤波法逐次提取东海气温资料序列中蕴涵的太阳活动影响信息并加以分析,发现东海气候年代际变化特征十分清楚,主要表现为:(1)突变性,东海夏季7月海平面层及对流层大气温度场在过去半个多世纪中发生过一次急剧变化,突变点是1978年7月.从1978年7月由历时30多年的温度偏低时期跃变为持续高温时期,高温期持续至20世纪末,升温幅度超过0.4℃.资料分析表明,整个对流层东海夏季大气温度都具有这种年代际变化特征;(2)高空气候持续增温型,东海夏季7月平流层中部10 hPa大气温度表现为一种波动式的持续升温过程,50多年来温度升高4℃,年升温率超过0.075℃/a.东海平流层底部100 hPa温度也具有持续升温的特点,从1948年至今呈缓慢升高的趋势,53 a升高了1.9℃,升温率为0.036℃/a;(3)周期性,东海不同高度大气温度都具有显著程度不同的22 a周期性年代际变化特征,22 a周期分量的振幅由高空到低空迅速减小,表明22 a周期高空清楚,低空不太明显.东海对流层中部和平流层底部还具有显著的11 a周期性年代际变化.据分析认为22 a周期是太阳黑子磁场磁性变化周期所激发,11 a周期与太阳黑子相对数11 a周期相吻合,二者均为太阳活动在大气气候中的反映.     

南海表层水温场的时空特征与长期变化趋势

本文利用月平均表层水温（SST）、850hPa经向风和西太平洋副热带高压等资料分析了南海表层水温距平（SSTA）场的时空特征和长期变化趋势，并探讨了SST的年际和长期变化原因．结果表明，南海SSTA场分别存在着以全域同位相振荡和东南一西北向反位相振荡的两个主要模态．其中，前者是主要模态，以年际振荡为主，而后者则是次要模态，以季节振荡为主．进一步分析发现，南海中部的SST存在着显著的年际和年代际变化，并在1981年前后发生了一次由低到高的气候转变，而且南海中部SST的长期变化趋势非常明显，在1950—2006年间增温0．92℃．相关和合成分析表明，南海SST的年际和长期变化可能是由南海上空的经向风异常和西太平洋副热带高压的纬向变动引起的．     

阿拉伯海热带气旋生成特征分析

利用印度气象局（India Meteorological Department,IMD）、国际气候管理最佳路径档案库（International Best Track Archive for Climate Stewardship,IBTrACS）提供的1982—2020年阿拉伯海热带气旋路径资料,美国国家环境预报中心（National Centers for Environmental Prediction,NCEP）再分析资料,对近39 a阿拉伯海热带气旋源地和路径特征、活跃区域、频数及气旋累积能量（accumulated cyclone energy,ACE）指数的季节特征和年际变化特征进行分析,并结合环境因素,说明其物理成因。结果表明：阿拉伯海热带气旋多发于10°~25°N,65°~75°E海域,5—6月、9—12月发生频数较高且强度较强,1—4月、7—8月发生频数较低且气旋近中心最大风速均小于35 kn;频数的季节变化主要受控于垂直风切变要素;阿拉伯海热带气旋发生频数和ACE近年有上升趋势,年际变化主要受控于海面温度（sea surface temperature,SST）和850 hPa相对湿度要素。     

黄海暖流源区海表面温度锋面的结构及季节内演变

利用1985～2002年月均和每8天平均的AVHRR Pathfinder卫星海表面温度数据,分析了黄海暖流源区海表面温度锋面的分布特征及其季节和季节内演变过程的规律.分析结果表明,黄海暖流源区海表面温度锋面只在冬季及其前后出现,且是一个包含南北两支锋面的锋面系统,其北支锋面位于33°～34°N之间,大体呈东西走向,南支锋面沿长江浅滩边缘,呈西北东南走向,作者称之为黄海暖流源区锋面.该锋面从11月下旬于济州岛西部生成并向西北方向扩展,至1,2月份达到最大程度,于2月下旬后向东南方向退缩并在3月份至5月份之间消失.在该锋面系统的生长期和衰退期,其南北两支锋面有时于西端连接在一起而形成指向西北的舌状锋面.黄海暖流源区锋面的演变过程与黄海暖流的演变过程紧密相关,也对黄东海的质量和热量交换有重要影响.     

利用HOAPS资料研究南海海气界面热通量时空分布

基于第二版本HOAPS(Hamburg Ocean Atmosphere Parameters and Fluxes from Satellite data)潜热、感热和海表温度(SST)3个参量的15 a(1988~2002年)逐月平均资料,利用经验正交方法分解分析了这3个参量在南海的时空分布.结果表明,在夏季模态,潜热表现为南高北低,感热表现为中间低两边高,两者主要都是海洋向大气输送热量,但大气有时也向南海中部输送感热;在冬季模态,潜热和感热的高值区都在南海北部,东北部有一强中心,该中心主要是由风场引起的;夏季SST的变化导致全年SST呈准半年周期变化.冬季SST的变化滞后于潜热变化1个月;除夏季和冬季模态外,冬夏转换季节模态也十分明显;HOAPS与NCEP(National Center of Environment Prediction)资料相比,两者3个参量的时空分布大体一致,区别在于HOAPS资料能更好地反映参量的一些细微特征.     

南海表层水温年际变化的大尺度特征

通过对COADS海洋气象资料的分析,得出南海表层水温(SST)年际变化的若干大尺度特征.结果表明:南海SST年际具有一定的准周期性,其显著周期为24～30个月;南海SST年际变化与年循环之间有着一种锁相关系,关键位相在于北半球冬春季节;南海典型冷暖年份合成SST距平场的时空结构十分相似;在年际时间尺度上,南海SST和南方涛动指数有反相关系,与经向风海面热收支之间有同位相关系;南海暖池面积指数的年际变化与南海SST年际变化一致.