ENSO事件中热带太平洋上层海洋热含量变化分析

利用1955-2001年海洋上400m层的热含量资料，分析了20世纪60年代以来全部El Nino／La Nina事件期间上层海洋热含量异常的空间分布规律和传播特性，发现如下3个重要观测事实：(1)在ENSO循环期间存在着关于赤道对称的南北2个热含量异常信号的闭合传播路径；(2)北半球的信号闭合回路非常清晰，而南半球回路较为混乱；(3)这种闭合回路在El Nino／La Nina年份表现得非常明显，但在其它年份可能由于海洋或大气的条件不匹配而中途夭折。上述观测事实对于ENSO研究具有重要价值，其物理机制值得进一步探讨。     

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。     

南海西边界流场的时空变化特征及其与ENSO循环的关系

利用SODA同化数据、卫星高度计反演的地转流数据及ICOADS风场资料,刻画了南海西边界流场的三维结构,并着重探讨了中南半岛附近的南海西边界流年际变化特征与ENSO循环的关系.研究结果表明:以经向流速10cm/s界定中南半岛西边界流的核心边界,按此标准其核心区水平方向上为中南半岛沿岸至111°E附近,垂向为200 m以浅.分析发现12.25°N断面西边界流流量的年际变化与ENSO呈显著正相关,流量滞后ENSO 5个月时相关系数最高,达0.38(超过99%置信度).受ENSO期间季风变异影响,和正常年份相比,合成El Nino事件的发展期(7月)-强盛期(12月)-消亡期(次年7月),中南半岛近岸的西边界流呈现增强-减弱-减弱态势;而合成La Nina事件的发展期(7月)-强盛期(12月)-消亡期(次年7月),西边界流却呈现减弱-增强-南强北弱的态势;综上,南海西边界流的年际变化,ENSO是主要调控因素.     

1998～1999 年间负位相印度洋偶极子事件的长波动力机制研究

使用美国海洋环境预报中心(NCEP)逐日的表面风场和热通量强迫的大洋环流模式(LICOM)研究了1998~1999年负位相印度洋偶极子(IOD)事件期间赤道印度洋环流长波动力机制的年际变化.模式能够很好地模拟出高度计资料的海面高度异常.使用垂直模分解方法对模式输出进行赤道波分解,结果表明:西边界反射在负位相IOD事件发生、发展和衰亡过程中起了重要作用.虽然西边界反射在正、负位相IOD期间均起到了重要的负反馈作用,但两者的来源机制却是不同的.在1998~1999年负位相IOD 事件期间,西边界处产生的两个上翻的开尔文波均来自赤道罗斯贝波在西边界处的反射.第一个上翻的开尔文波主要在西印度洋和中印度洋发生作用,由于受到西风异常强迫的下沉的开尔文波的影响,它并没有成功到达东印度洋,但是却一定程度上削弱了中东印度洋的下沉异常;而第二个上翻开尔文波成功到达东爪哇沿岸终止了那里的下沉异常,最终终止了负位相IOD事件.首次从赤道长波动力学角度解释了1998~1999年负位相IOD事件的结束机制,有利于进一步了解IOD对印度洋周边气候甚至太平洋的影响.     

太平洋东南海域表层地转流场的季节及年际变化特征

利用1992~2001年Topex/Poseidon卫星高度计遥感资料分析了太平洋东南海域(5°~55°S,70°~120°W)表层流场的季节及年际变化特征。结果表明,南赤道流的季节变化主要体现在流速上,而秘鲁海流和西风漂流主要体现在流轴位置的移动上。表层流场的年际变化受El Nino影响,在El Nino期间,南赤道流和秘鲁海流均发生流向偏转现象,大部分海区流场被削弱(除低纬度海区外),而在其后的1998年La Nina期间,流场则重新被加强,西风漂流无明显的年际变化。     

太平洋表层海温的年代际变化

众所周知，ENSO(El Nino/ Southern Oscillation)是发生在热带太平洋的年际时间尺度上最强的气候信号，与 El Nino (La Nina)相应的正(负)海温距平(SSTA)主要分布于赤道中东太平洋地区(Rasmusson et al.，1982)。相对于热带太平洋的年际ENSO现象，人们注意到北太平洋海平面气压(SLP)存在更长周期的年代际变化(Trenberth et al.，1994)，有人认为这与北太平洋的表层温度(SST)变化有关(Latif et al.，1994)，也有人认为与热带SST的异常关系更为密切(Jacobs et al.，1994)。20世纪80年代后的ENSO事件和20世纪60，70年代有明显的差别(Wang，1995)，20世纪90年后El Nino发生频数增加，并且在1997和1998年出现了20世纪最强的一次Nino事件(McPhaden，1999)。 因此，不论是作为大气年代际变化可能的一个驱动因子，还是作为年际ENSO的背景场，从整体上了解太平洋SST的年代际时间尺度上的时、空变化特征都是十分重要的。     

南海海面高度变化及其与太平洋上涛动信号的关系

本文使用循环平稳经验正交函数(CSEOF)方法分析了南海海面高度(SCS-SSH)的时空变化模态,并对它们与太平洋海盆尺度振荡的关系进行了探讨分析。结果表明,SCS-SSH的第一个CSEOF模态是季节变化模态,其变化强度受到一个与厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)有关的低频信号的调制,即在厄尔尼诺期间季节变化的幅度减弱(最大可降低30%,1997/98)而在拉尼娜期间季节变化增强。SCS-SSH的第二个CSEOF模态是年际-年代际尺度的低频变化模态,其空间模态的月与月之间的差异微弱,而时间模态和太平洋年代际振荡(PDO)指数高度相关。然后,我们使用独立成分分析(ICA)方法提取了太平洋中的五个主要振荡成分,并检验了它们对SCS-SSH变化的各自影响。分析表明,纯粹的ENSO模态(类似于太平洋东部型ENSO)对SCS-SSH的低频变化的影响比较微弱,而ENSO的红化模态(类似于太平洋中部型ENSO)对SCS-SSH的低频变化具有明显影响。由于ENSO的红化模态是PDO信号的一个主要成分,这一结果解释了为什么在影响SCS-SSH的低频变化上PDO比ENSO更重要。径向鞍型振荡模态、黑潮延伸体处的增温模态、以及赤道的降温模态也由ICA方法提取出来,但它们对SCS-SSH低频变异的影响微弱。进一步的分析表明,太平洋的涛动信号可能以不同的方式来影响南海海面高度变化和海表温度变化。     

西太平洋暖池水体振荡与赤道中东太平洋海表温度异常的关联性初探

赤道中东太平洋海表温度异常是研究ENSO(El Ni?o-South Oscillation)的重要指标。本文利用海洋再分析数据,着眼于西太平洋暖池暖水体三维结构的年际变异特征,分析西太平洋暖池水体变动与赤道中东太平洋海表温度异常的关联性,并从前期西太平洋暖池三维暖水体的结构演变及其在上层海洋质量与热量配置中的作用角度,探究了赤道中东太平洋关键Ni?o分区海表温度异常变化的内在一致性,以期为ENSO的预测预报提供新的思路和依据。分析表明,ENSO尺度上西太平洋暖池三维结构变异主模态表现为暖水体平均约以170oE为轴的纬向时空振荡,其可超前赤道中东太平洋海表温度异常变化约达6个月,并以在赤道中东太平洋及附近海域形成双舌状异常"暖池"为显著特征。前期暖池暖水体的纬向振荡是赤道中东太平洋海表温度异常变化的重要前兆信息之一。作为海洋中ENSO暴发的重要源区和驱动因子,西太平洋暖池纬向振荡通过在中东太平洋形成不同强度(泛指暖水量及其深度和范围等的大小)的异常"暖池",进而在上层海洋质量和热量的纬向配置中起关键性作用,并且可能与不同EI Ni?o事件的触发机制密切相关,从这种意义上讲,不同ENSO事件的发生和发展存在一定的同源一致性。     

赤道太平洋初级生产力对El Nio事件响应的综合分析

本文依据热带海洋全球大气研究(TOGA),东太平洋海洋环流研究(EPOCS)、西赤道太平洋海洋环流研究(WEPOCS)、表层热带太平洋观测(SURTROPAC)以及太平洋区域观察)PROPPAC)等计划,对1980～1990年期间在赤道太平洋(141.5°E～85°W,10°N～10°S)所调查的生物化学资料进行了分析和比较。所得结果是:东赤道太平洋正常年份初级生产力为500～800mg/(m~2·d),El Ni(?)o期间约为150mg/(m~2·d);西赤道太平洋正常年份初级生产力为200～250rag/(m~2·d),El Ni(?)o期间约为300mg/(m~2·d)。研究结论是:El Ni(?)o期间东赤道太平洋初级生产力较正常年份显著降低,西赤道太平洋初级生产力较正常年份明显增加,生物响应均较显著。     

海温距平的ENSO模和类ENSO模的三维结构

用美国马里兰大学提供的海洋同化(SODA)月平均资料,深入揭示了ENSO模的海洋三维结构及其年际和年代际变率。研究结果指出,ENSO海洋模随深度呈明显规律变化。在热带太平洋,它由热带中东太平洋表层显著海温异常分布型随深度增加逐渐过渡为热带西太平洋次表层显著反号海温异常分布型;在赤道太平洋以赤道西太平洋暖池次表层海温显著异常与赤道中东太平洋表层海温反号显著异常为主要特征。El Nino期间,热带中东太平洋表层为强海温正距平中心,西太平洋暖池次表层为强海温负距平中心,在年际尺度上,160°E以西的西北太平洋副热带海域还存在一个与西太平洋海温异常变化反号、与热带东太平洋同号的区域;La Nina期间正好相反。ENSO循环主要由ENSO年际变率所决定,年际ENSO模具有东部型ENSO事件的海温异常分布特征,其循环是东部型冷暖事件之间的转换,在200m以浅,它具ENSO模相同的三维结构和3-5年的显著年际变化周期;年代际类ENSO模具有中部型ENSO事件的海温异常分布特征,年代际ENSO循环是中部型冷暖事件之间的转换,其影响主要限制在200m以浅的海洋上层,具有ENSO模相似的三维结构和9-23年的显著周期。     

ENSO对中国近海海平面影响的区域特征研究

使用卫星测高、海表温度以及中国沿海台站水位等数据，分析研究了ENSO对中国近海海平面影响的区域特征。结果表明:（1）赤道东太平洋海表温度与我国近海海平面存在显著的遥相关关系。相关系数自北至南呈梯度递增，分为3个影响明显的区域，分别是渤、黄海、东海和南海海域。南海海平面异常与赤道东太平洋区域的海表温度异常相关性最强，大部分区域的相关系数超过了0.6；东海海域海平面异常与赤道东太平洋海表温度的遥相关系数弱于南海，强于渤、黄海，大部分海域的遥相关系数超过了0.4；渤、黄海海域海平面异常与赤道东太平洋海表温度的遥相关系数最弱，但是大部分海域的遥相关系数超过了0.3，通过了显著性检验。（2）中国沿海海平面的季节变化与ENSO有明显的相关关系，且影响范围具有明显的区域特征，以长江口和台湾海峡为分界线分为长江口以北、长江口到台湾海峡以及台湾海峡以南3个区域。海平面的年振幅在厄尔尼诺年均出现偏低的现象，并且年振幅的极小值均出现在厄尔尼诺年。另外，海平面的年振幅对厄尔尼诺事件的响应与其强弱有关，在强厄尔尼诺事件中，响应区域和幅度较大，弱事件中，响应区域和幅度偏小。（3）南海、东海和渤、黄海这3个区域沿海的海平面变化均存在4~7 a的显著振荡周期，说明这3个区域的海平面均受ENSO的影响。其中，南海7 a周期的振荡幅度最大，约为1.5 cm；东海7 a周期的振荡幅度次之，约为1.3 cm；渤、黄海6 a周期的振荡幅度最小，不到1 cm。     

Localised intermittent upwelling intensity has increased along South Africa’s south coast due to El Niño–Southern Oscillation phase state

The El Niño–Southern Oscillation (ENSO) phase state is reported to drive interannual variability in sea temperatures along South Africa’s south coast through its influence on wind-induced upwelling processes. Whether ENSO drives the intensity of localised, abrupt, intermittent upwelling is less well known. To explore this relationship, we used an index of localised, extreme (>2 °C anomaly), intermittent upwelling intensity, derived from in situ sea temperature data within the Tsitsikamma National Park Marine Protected Area, and quantified the relationship between annual cumulative upwelling intensities (1991–2013) with an annual ENSO index, namely the Southern Oscillation Index. We found that ENSO phase state modulates the cumulative intensity of extreme intermittent upwelling events during an annual period, with more and greater events during La Niña phases compared with El Niño phases. Furthermore, these extreme upwelling events have increased with time along South Africa’s south coast as ENSO phase state becomes more intense and variable. Our findings support the emerging notion that the biological effects of climate change may be manifested through increased environmental variability rather than long-term mean environmental changes as ENSO is predicted to remain the dominant driver of local climate patterns in the future.     

太平洋海面粗糙度的计算及波长的提取

海面粗糙度对于海洋工程和海洋军事非常重要,但是海面粗糙度的现场观测资料非常少,波长更难观测。本文利用TOPEX高度计风速资料,实现了对海面粗糙度的反演。给出了一种提取波长的方法,通过验证表明利用该方法得到的波长精度较高。     

Upper ocean responses to category 5 typhoon Megi in the western north Pacific

Category 5 typhoon Megi was the most intense typhoon in 2010 of the world. It lingered in the South China Sea (SCS) for 5 d and caused a significant phytoplankton bloom detected by the satellite image. In this study, the authors investigated the ocean biological and physical responses to typhoon Megi by using chlorophylla (chla) concentration, sea surface temperature (SST), sea surface height anomaly (SSHA), sea surface wind measurements derived from different satellites and in situ data. The chla concentration (>3 mg/m³) increased thirty times in the SCS after the typhoon passage in comparison with the mean level of October averaged from 2002 to 2009. With the relationship of wind stress curl and upwelling, the authors found that the speed of upwelling was over ten times during typhoon than pretyphoon period. Moreover, the mixed layer deepened about 20 m. These reveal that the enhancement of chla concentration was triggered by strong vertical mixing and upwelling. Along the track of typhoon, the maximum sea surface cooling (6-8℃) took place in the SCS where the moving speed of typhoon was only 1.4-2.8 m/s and the mixed layer depth was about 20 m in pretyphoon period. However, the SST drop at the east of the Philippines is only 1-2℃ where the translation speed of typhoon was 5.5-6.9 m/s and the mixed layer depth was about 40 m in pretyphoon period. So the extent of the SST drop was probably due to the moving speed of typhoon and the depth of the mixed layer. In addition, the region with the largest decline of the sea surface height anomaly can indicate the location where the maximum cooling occurs.     

北半球冬季南太平洋海表温度异常的主要模态及其与ENSO的关系

利用新版本的NOAA扩展重构的海温资料,研究了1950/1951年-2008/2009年北半球冬季(12月-翌年2月平均)南太平洋海温异常的主要模态,并探讨了海温主要模态在年际和年代际时间尺度上与ENSO的关系。研究结果表明:北半球冬季南太平洋海温变化主要存在两个模态,第1模态基本反映了南太平洋海温异常南－北的反相变化特征,第2模态基本反映了南太平洋海温异常东－西的反相变化特征。两个模态的年代际周期均比其年际周期显著,其中第1模态的主要年代际周期为11~16 a,第2模态的主要年代际周期为18~24 a。主要模态与ENSO关系的分析表明,第1模态与同期ENSO事件的关系最显著,主要显示其对ENSO的响应,而第2模态对滞后其1 a的ENSO事件存在一定的影响。为进一步研究它们的年际和年代际关系特征,分别对它们进行滤波后的分析表明,在年际时间尺度上,南太平洋海温两个主模态同ENSO事件的关系与滤波前的基本一致;在年代际时间尺度上,第1模态的年代际变化可能对ENSO的年代际变化存在一定的响应,而第2模态可能不仅对前期的ENSO事件存在一定的响应,还可能对后期的ENSO事件存在一定程度的影响作用。     

Variability in duration and intensity of euphausiid spawning off central Oregon, 1996–2001

We tracked the duration and intensity of the euphausiid spawning season through biweekly sampling along a transect off Newport, OR (latitude 44°40′N) over a six year period from 1996 to 2001. Our sampling consisted of vertical plankton tows, CTD casts, and collection of water for determination of chlorophyll a. Here, we report on data collected from two stations, 5 and 15 nautical miles (9.3 and 27.8 km) offshore. The density of euphausiid eggs in our samples was highly variable spatially and temporally; we saw the most striking differences in egg densities and length of the spawning season, when we compared spawning before and after 1999. This year corresponded to the time when the Pacific Decadal Oscillation switched from warm phase (pre-1999) to cool phase (1999–present). The years 1996 and 1997 were characterized by one large, late summer peak in egg density at our inshore station. 1998, an El Niño year, followed this pattern for our offshore station, but eggs were nearly absent at our inshore station. Starting in 1999, we saw multiple peaks in egg density and found that the spawning season extended from spring through early fall. For example, in spring (March–May) at the inshore station, the abundance of eggs increased from an average of 0.4 m⁻³ (1996–1998) to 51.3 m⁻³ (1999–2001), and for summer (July–September), 27.8 m⁻³ to 132.6 m⁻³ for the same time period. At the offshore station, egg abundances doubled over the same two time periods: 7 m⁻³ versus 11 m⁻³ (spring) and 55 m⁻³ versus 186 m⁻³ (summer). Peaks in egg densities were often associated with phytoplankton blooms, but not in a predictable way. Peaks in egg densities often followed cold-water upwelling events, especially at the inshore station. It is not yet clear whether this connection is due to changes in advection or changes in upwelling-induced productivity.     

Dynamic of ENSO towards upwelling and thermal front zone in the east coast of Peninsular Malaysia

The El Ni?o Southern Oscillation(ENSO) is a natural phenomenon that relates to the fluctuation of temperatures over the Pacific Ocean. The ENSO significantly affects the ocean dynamics including upwelling event and coastal front. A recent study discovered the seasonal upwelling in the east coast of Peninsular Malaysia(ECPM), which is significant to the fishery industry in this region. Thus, it is vital to have a better understanding of the influence of ENSO towards the coastal upwelling and thermal front in the ECPM. The sea surface temperature(SST) data achieved from moderate resolution imaging spectroradiometer(MODIS) aboard Aqua satellite are used in this study to observe the SST changes from 2005 to 2015. However, due to cloud cover issue, a reconstruction of data set is applied to MODIS data using the data interpolating empirical orthogonal function(DINEOF) to fill in the missing gap in the dataset based on spatial and temporal available data. Besides, a wavelet transformation analysis is done to determine the temperature fluctuation throughout the time series. The DINEOF results show the coastal upwelling in the ECPM develops in July and reaches its peak in August with a clear cold water patch off the coast. There is also a significant change of SST distribution during the El Ni?o years which weaken the coastal upwelling event along the ECPM. The wavelet transformation analysis shows the highest temperature fluctuation is in 2009–2010 which indicates the strongest El Ni?o throughout the time period. It is suggested that the El Ni?o is favourable for the stratification in water column thus it is weakening the upwelling and thermal frontal zone formation in ECPM waters.     

ENSO事件次表层海温的两个模态及其对大气环流的影响

利用SODA海洋同化资料和NCEP再分析大气资料,分析了热带太平洋次表层海温异常(subsurfaceoceantemperatureanomaly,SOTA)与厄尔尼诺与南方涛动(ElNi?o-SouthernOscillation,ENSO)循环的联系,及SOTA对大气环流的影响。回顾传统ENSO研究,指出存在的问题,提出了ENSO影响大气研究的新思路,得到以下结果:(1)以SOTA为基本资料的研究发现, ENSO事件有两个模态,主要出现在冬季的第一模态对冬季及夏季亚洲-北太平洋-北美地区上空中高纬大气环流有重要影响,主要出现在夏季的第二模态对该地区上空夏季热带和副热带大气系统有重要作用。(2)ENSO事件通过与ENSO相联系的热带太平洋海面温度异常(ENSO-relatedseasurface temperatureanomaly,RSSTA)对大气的异常热通量输送,强迫Walker环流和Hadley环流变化,导致热带和北太平洋及周边地区上空大气环流异常,进而影响相关地区冬季和夏季的气候。(3)海表面温度异常(seasurfacetemperatureanomaly,SSTA)包含RSSTA和大气异常导致的海温变化(sea temperature anomaly caused by atmospheric anomaly, STA)两部分, RSSTA是ENSO事件过程中海洋内部热动力结构调整导致的海面温度变化,在海洋对大气的热输送过程中,它随ENSO事件演变不断更新;STA是大气受RSSTA海洋异常加热后导致的大气环流异常对海面温度的影响,在海洋浅表层STA对RSSTA有重大影响。本文最后讨论了ENSO事件期间热带海洋对大气热输送过程,指出ENSO事件通过海洋内部热动力结构调整产生RSSTA,它直接对大气异常加热,导致大气环流和气候异常,局地海气之间负反馈过程产生STA,反过来抑制RSSTA。结果还指出,人们常用的SSTA变率实际上主要由秋冬季节RSSTA主导,丢失了春夏季ENSO信息,用SSTA研究ENSO事件存在局限性,这也可能是ENSO事件春季预报障碍的原因之一。