热带西太平洋主要流系的季节变化和年际变化

利用美国国家环境预报中心的太平洋海域 1 980— 1 995年四维同化资料 ,计算了棉兰老海流和与之有密切联系的北赤道流、北赤道逆流流量的年际变化和季节变化特征。由此得出以下结论 :( 1 )棉兰老海流对北赤道逆流的初始流量贡献较大 ,是北赤道逆流的主要水源提供者之一 ,棉兰老海流与黑潮在季节变化中存在反相关系 ;( 2 )棉兰老海流在厄尔尼诺年初期加强 ,在反厄尔尼诺期间减弱 ;( 3)棉兰老海流的季节变化信号强于年际变化信号。     

热带西太平洋主要流系的季节变化和年际变化

利用美国国家环境预报中心的太平洋海域１９８０～１９９５年四维同化资料,计算了棉兰老海流和与之有密切联系的北赤道流、北赤道逆流流量的年际变化和季节变化特征。由此得出以下结论：（１）棉兰老海流对北赤道逆流的初始流量贡献较大,是北赤道充的主要水源提供之一,棉兰老海流与黑湖在季节变化中存在反相关系;（２）棉兰老海流在厄尔诺年初期加强,在反厄尔尼诺期间减弱;（３）棉兰老海流的季节变化信号强于年际变化信号。     

三种垂向混合方案对HYCOM模拟北太平洋西边界流系的影响研究

基于HYCOM(Hybrid Coordinate Oceanic Circulation Model),以OFES(OGCM for the Earth Simulator)资料为参考,分析了KPP、MY2.5、KT三种不同混合方案对北太平洋西边界流系的模拟结果的影响。结果表明:三种不同混合方案模拟的上层海洋平均流场与OFES资料相似,但在流向和流幅上略有差异,其中KPP方案模拟的流速与OFES资料最为接近,MY2.5方案次之,KT方案与其差别最大。通过代表性断面上流速的对比分析,对模式就北赤道流、棉兰老流、棉兰老潜流、黑潮的模拟效果进行比较,KPP方案模拟的效果同前人的观测和研究最为接近。分析了北赤道流,棉兰老流,棉兰老潜流,黑潮的流量的季节变化特征,其中KPP方案与OFES资料计算的棉兰老流和棉兰老潜流的季节变化特征与前人描述比较一致,表现为春强秋弱。KPP方案和OFES资料的计算结果表明,北赤道流和棉兰老流大致上是同向变化的,而在冬季棉兰老流同黑潮的变化基本上是一致的。     

东海黑潮流量的年际和年代际变化

本文基于日本气象厅1956—2005年间在东海PN断面获得的观测资料,结合NCEP风场资料,研究了东海黑潮流量的年际和年代际变化特征,并探讨了西北太平洋风场和太平洋年代际振荡(PDO)对黑潮流量年际和年代际变化的影响。结果表明,东海黑潮流量基本服从正态分布,主要集中在19—33Sv范围内,其多年平均值为24.30Sv(1Sv=106m3/s);季平均、冬、夏季黑潮流量都存在着显著的年际和年代际变化。东海黑潮流量输送具有长期的线性增强趋势,在1956—2005年间它们分别增加了8.73Sv、9.86Sv和9.38Sv。相关与合成分析结果表明,黑潮源区和东海黑潮流域上空的经向风异常是黑潮流量年际变化的重要影响因素,而PDO则对黑潮流量的年代际变化有重要作用。     

源地黑潮及其上下游流量的变化特征

本文基于长时间序列的海流和温盐资料（最新版SODA高分辩率再分析资料和137°E断面的观测资料），计算了黑潮流系四个主要断面的流量，并分析了它们的变化特征．结果表明，黑潮流系各主要断面流量具有显著的季节性差异，其年际、年代际变化明显．相关分析表明，源地黑潮及其上下游流量变化具有较强的独立性，变化不尽一致，其中，短期气候变化特征可能与热带太平洋的年际变化有明显关联，而年代际变化则可能与发生于北太平洋的年代际变化以及其它副热带中尺度涡旋等变化有一定联系．     

吕宋和台湾岛以东黑潮季节与年际变化规律的对比分析

黑潮是北太平洋副热带环流系统的一支重要的西边界流。前人对不同流段黑潮的季节和年际变化进行了诸多研究,然而基于不同数据所得结论仍存在差异,尤其是不同模式计算所得流量差别很大,而且以往研究往往着眼于某一流段,对不同流段黑潮变化之间的异同及其原因涉及较少。本文基于卫星高度计数据,评估了OFES(Ocean generalcir culation model For the Earth Simulator)和HYCOM(Hybrid Coordinate Ocean Model)两个模式对吕宋岛和台湾岛以东黑潮季节与年际变化的模拟能力,进而对两个海域黑潮变化的异同及其物理机制进行了分析。结果表明:HYCOM模式对黑潮季节变化的模拟较好,而OFES模式对黑潮年际变化的模拟较好。吕宋岛以东黑潮和台湾岛以东黑潮在季节与年际尺度上的变化规律均不相同,且受不同动力过程控制。吕宋岛以东黑潮呈现冬春季强而秋季弱的变化规律,主要受北赤道流分叉南北移动的影响;而台湾岛以东黑潮呈现夏季强冬季弱的变化特点,主要受该海区反气旋涡与气旋涡相对数目的季节变化影响。在年际尺度上,吕宋岛以东黑潮与北赤道流分叉及风应力旋度呈负相关,当风应力旋度超前于流量4个月时相关系数达到了-0.56;而台湾岛以东黑潮的流量变化则受制于副热带逆流区涡动能的变化,且滞后于涡动能9个月时达到最大正相关,相关系数为0.44。本研究对于深入理解不同流段黑潮的多尺度变异规律及其对邻近海区环流与气候的影响具有重要意义,同时对于黑潮研究的数值模式选取具有重要参考价值。     

南海贯穿流季节变化数值模拟研究

本文采用美国伍兹霍尔研究所研发的海洋-大气-波浪-泥沙输运耦合模式COAWST(Coupled Dcean-Atmosphere-Wave-Sediment Transport)对南海及邻近海域进行了9 km分辨率的数值模拟研究。结果表明,南海贯穿流的季节变化再现了冬强夏弱的特征,在南海内部冬季呈现气旋环流结构,夏季呈现反气旋环流结构,尤其在冬季其流轴结构更为清晰和稳定,海水从吕宋海峡进入南海,从民都洛海峡、卡里马塔海峡、台湾海峡和巴拉巴克海峡流出,吕宋海峡断面流量与其他4个海峡流量合计在数量级上相当,保持南海海水总量不变。吕宋海峡、卡里马塔海峡、民都洛海峡的流量呈现明显相关性,吕宋海峡流量增大时,民都洛海峡和卡里马塔海峡的流量也相应增大,相关系数分别达到0.78和0.9。通过更适于分析中短期变化的简化绕岛环流理论,定量计算2019年吕宋海峡、黑潮和棉兰老流流量与北赤道流分叉点位置的关系,发现夏季北赤道流分叉点NECBL(North Equatorial Current Bifurcation Latitude)偏南,在13.6°N附近;冬季NECBL偏北,在15.6°N左右,同期黑潮流量减少,棉兰老流流量增加,作为南海贯穿流入流的吕宋海峡流量可达13.4 Sv。吕宋海峡输运补偿了北赤道流到达菲律宾海岸后的北向分支的流量,与棉兰老流的流量呈正相关,相关系数达到0.5361。     

基于OFES模式数据的北赤道流分叉研究

利用1957—2006 共50 年高分辨率的长时间序列海洋模式OFES(OGCM for the Earth Simulator)数据, 对北赤道流(NEC)的分叉规律及其与ENSO循环的关系进行了分析。结果表明: (1) NEC分叉纬度具有明显的季节和年际变化, 周期主要呈现为3—6个月的季节内振荡和2年、2—7年左右ENSO尺度周期振荡以及10年以上的年代际变化。在季节尺度上, 分叉位置春季偏南, 秋季偏北, 并且分叉纬度随深度的增加向北移动, 其北移幅度冬季最大, 夏季最小。而在年际变化尺度上, NEC分叉纬度具有较强的年际变化信号, 与ENSO循环密切相关, El Ni?o 年分叉位置偏北, La Ni?a年分叉位置偏南。(2)NEC分叉纬度的变化与北太平洋0—30°N之间的纬向风应力旋度积分零线位置密切相关, 零线的南北偏移导致了分叉位置的改变, 在不同深度上, 零线位置对分叉纬度改变的影响时间不同, 表层需1个月, 而500 m深度则需4个月左右。(3)NEC分叉影响着黑潮(KC)与(棉兰老流)MC的流量分配率, 其年际异常变化与冷、暖ENSO事件发生密切相关, 当El Ni?o发生时, KC流量分配率减少, MC 流量分配率增加; La Ni?a年情况则相反。     

ENSO事件对北赤道流分叉位置的影响

本文应用热带西太平洋海面风资料,讨论了风应力涡度场的年际变化,及其对棉兰老冷涡和北赤道流分叉位置的影响。分析结果表明,风应力涡度场、棉兰老冷涡以及北赤道流分叉位置三者之间的年际变化存在密切相关。特别是在ＥＮＳＯ期间（厄尔尼诺－南方涛动）,热带西太平洋风场的变异,导致了风应力涡度场的变化,从而致使棉兰老冷涡加强和扩张,最终引起北赤道流分叉位置北移。相反,在ＬａＮｉｎａ（反厄尔尼诺）期间,风应力涡度减弱,冷涡减弱和西缩,从而引起北赤道流分叉位置南移。     

黑潮入侵南海的强弱与太平洋年代际变化及厄尔尼诺-南方涛动现象的关系

在黑潮入侵南海强弱的问题上,到底是太平洋年代际变化(Pacific Decadal Oscillation,PDO)还是厄尔尼诺-南方涛动(El Nio-Southern Oscillation,ENSO)现象在起关键作用,目前还存在着较大争议。本文先以高盐水作为黑潮入侵强弱的示踪物,用120°E断面的高盐水数据和北赤道流分叉点(North Equator Current Bifurcation,NEC-Y)的南北变动进行相关分析,接着,进一步用学者所用的黑潮入侵指数(KI指数,Kuroshio intrusion index和NEC指数,North Equatorial Current index)与北赤道流分叉点南北变动进行相关分析。最后,用EMD(Empirical Mode Decomposition)方法和相关关系分析法分别分析了PDO指数、Nio3.4指数与北赤道流分叉点南北变动的关系并用NECP风场数据探讨其影响机制。结果表明:(1)通过对120°E断面的高盐水的KI指数、NEC指数与NEC-Y的相关分析,表明了北赤道流分叉点的南北变动能够很好地指代黑潮入侵南海的强弱;(2)通过PDO指数和Nio3.4指数与北赤道流分叉点的南北变动的相关性分析,发现PDO指数、Nio3.4指数与北赤道流分叉点的南北变动都具有较好的相关性,都在0.5水平。这些良好的相关性表明了PDO和ENSO对黑潮入侵南海的强弱都具有重要的影响;(3)当处于厄尔尼诺年(拉尼娜)时,赤道太平洋发生西(东)风异常,使得北赤道流分叉点偏北(南),使吕宋岛东侧的黑潮流速减弱(加强),黑潮入侵南海增强(减弱);当PDO处于暖(冷)阶段时,会加强热带太平洋的西(东)风异常,使得黑潮入侵南海增强(减弱)。     

2015/2016年超强厄尔尼诺期间热带西太平洋海洋环流变化特征

本文利用HYCOM （Hybrid Coordinate Ocean Model）再分析数据对北赤道流（NEC）、棉兰老流（MC）以及黑潮（KC）所构成的NMK环流系统在2015/2016年超强厄尔尼诺事件期间的变化特征及其影响机制进行了研究，并与其他厄尔尼诺期间的变化特征进行了对比。结果表明，在2015/2016年超强厄尔尼诺事件期间，NEC和MC输运均显著增强，最大值分别达到66 Sv （1 Sv=10⁶ m³/s）和49.4 Sv，北赤道流分叉纬度最北可达16°N，KC输运没有明显增强。NMK环流系统的年际变化主要与此次厄尔尼诺事件期间热带西北太平洋15°N以南、160°E以西海域出现的气旋式环流异常有关。该环流异常出现自厄尔尼诺事件的前期阶段，并于爆发阶段达到顶峰，主要是由15°N以南区域出现的强西风异常所引起的。进一步分析表明，此次厄尔尼诺事件期间NEC、MC输运和NBL的平均值均大于1992— 2014年间所有厄尔尼诺事件的平均状况，但与1997/1998年超强厄尔尼诺事件期间的平均值相近。     

ENSO循环相联系的北太平洋低纬度异常西边界流

用SODA海洋同化和NCEP大气再分析资料,分析了热带太平洋次表层海温异常主要模态与北太平洋低纬度西边界流海域上层海洋环流和亚洲-北太平洋地区大气垂直和水平流场变化之间的关系,得到以下结果:（1） 在热带太平洋海洋次表层ENSO事件具有两种模态,二者组合构成ENSO循环。第一模态为ENSO成熟期,主要出现在冬季,第二模态为ENSO过渡期,主要出现夏季。（2） ENSO循环对北太平洋低纬度西边界流区上层海洋环流有重要影响。在El Niño发展期或La Niña 衰退期,该区出现气旋性异常环流,北赤道流（NEC）加强,NEC分叉位置北移,棉兰老海流（MC）加大,菲律宾以东黑潮（KC）减小,北赤道逆流（NECC）最强。在El Niño（La Niña）成熟期,该区气旋性（反气旋性）异常环流达最强,NEC最强（最弱）,NEC分叉位置最北（最南）,MC最大（最小）,KC最小（最大）,NECC减弱（加强）。在El Niño衰退期或La Niña发展期与El Niño发展期相反,该区出现反气旋性异常环流,由此导致相应流系异常发生反位相变化。（3） ENSO循环对北太平洋低纬度西边界流海域上层海洋环流的影响是通过ENSO事件期间热带太平洋热力状况异常改变上空大气环流来实现的。ENSO事件首先造成热带太平洋海洋热力状况异常,导致其上空对流活动异常,后者直接或间接通过“大气桥”能量传输引起相关地区大气环流场的变化,致使海面风应力场异常,进而强迫上层海洋环流场的相应变化。文章最后还分析了ENSO事件期间菲律宾附近异常反气旋或异常气旋性风场的产生和持续原因,讨论了北太平洋低纬度西边界流海域海气相互作用在ENSO循环中的贡献。     

Observations of the North Equatorial Current,Mindanao Current,and Kuroshio current system during the 2006/07 El Niño and 2007/08 La Niña

Two onboard observation campaigns were carried out in the western boundary region of the Philippine Sea in December 2006 and January 2008 during the 2006/07 El Niño and the 2007/08 La Niña to observe the North Equatorial Current (NEC), Mindanao Current (MC), and Kuroshio current system. The NEC and MC measured in late 2006 under El Niño conditions were stronger than those measured during early 2008 under La Niña conditions. The opposite was true for the current speed of the Kuroshio, which was stronger in early 2008 than in late 2006. The increase in dynamic height around 8°N, 130°E from December 2006 to January 2008 resulted in a weakening of the NEC and MC. Local wind variability in this region did not appear to contribute to changes in the current system.     

区域海气耦合模式FROALS模拟的西北太平洋环流及其年际变率

本文利用区域海气耦合模式FROALS(Flexible Regional Ocean-Atmosphere-Land System)对西北太平洋地区1984-2007年连续积分结果,对比SODA(Simple Ocean Data Assimilation)同化资料讨论了西北太平洋海表温度和表层洋流的气候态及年际变率。结果表明,FROALS基本能够再现冬、夏季季节平均的海温型,但均存在一个明显的冷偏差;FROALS对气候平均态的表层洋流有较高的模拟技巧,对于冬、夏季的表层洋流型都能够再现。另外,表层洋流的模拟偏差与海表高度的模拟偏差直接相关。由于模式模拟的黑潮热输送较观测偏强,使得模式模拟的海洋热输送倾向于使黑潮路径上的海温呈现正偏差。从表层洋流的年际变率来看,模式模拟的与ENSO(El Nio-South Oscillation)相联系的年际变率信号与观测相似:在El Nio年,北赤道流和棉兰老流增强,低纬度西太平洋海表高度降低,而在La Nia年则呈现出相反的形态,但是在模式中这种信号稍强于观测。     

北太平洋西边界流研究综述

综述了近20年来国内外学者在研究北太平洋西边界流的平均结构及NEC分叉动力机制、NM K流系平均输运的分配及变化、NM K流系季节及年际变化规律及其与EN SO之间的关系、NM K流系在热带和亚热带水交换中的作用以及水团的平均分布特征等方面所取得的主要成果。通过分析,发现东亚季风、R ossby波和K e lv in波等是影响北太平洋西边界流的主要因素;而缺乏长期直接的海流观测资料是深入研究北太平洋西边界流遇到的最大障碍。     

Spreading and salinity change of North Pacific Tropical Water in the Philippine Sea

Newly formed North Pacific Tropical Water (NPTW) is carried to the Philippine Sea (PS) by the North Equatorial Current (NEC) as a subsurface salinity maximum. In this study its spreading and salinity change processes are explored using existing hydrographic data of the World Ocean Database 2009 and Argo floats. Spreading of NPTW is closely associated with the transports of the NEC, Mindanao Current (MC), and Kuroshio. Estimated for subsurface water with salinity S greater than 34.8?psu, the southward (northward) geostrophic transport of NPTW by the MC (Kuroshio) at 8°N (18°N) is about 4.4 (5.7)?Sv (1?Sv?=?10⁶?m³?s^?1), which is not sensitive to reference level choice. Fields of salinity maximum, geostrophic current, sea level variation, and potential vorticity suggest that the equatorward spreading of NPTW to the tropics is primarily afforded by the MC, whereas its poleward spreading is achieved by both the Kuroshio transport along the coast and open-ocean mesoscale eddy fluxes in the northern PS. The NPTW also undergoes a prominent freshening in the PS. Lying beneath fresh surface water, salinity decreases quicker in the upper part of the NPTW, which gradually lowers the salinity maximum of NPTW to denser isopycnals. Salinity decrease is especially fast in the MC, with along-path decreasing rate reaching O (10^?7?psu?s^?1). Both diapycnal and isopycnal mixing effects are shown to be elevated in the MC owing to enhanced salinity gradient near the Mindanao Eddy. These results suggest intensive dispersion of thermal anomalies along the subtropical-to-tropical thermocline water pathway near the western boundary.     

2012年冬季菲律宾海浮游动物丰度和生物量的水平分布

为了解西太平洋菲律宾海浮游动物丰度和生物量的水平分布特征,于2012年11月26日至2012年12月12日对菲律宾海上层海洋(0—200m)的浮游动物进行了调查。调查站位分别位于受赤道逆流(NECC)、棉兰老流(MC)、北赤道流(NEC)和黑潮(KC)影响的海域。通过比较浮游动物的丰度和生物量(分别用干重,灰分,无灰干重和含能量等指标表示),探讨不同海流中浮游动物的分布特征。结果表明:桡足类、毛颚类和水母类是菲律宾海浮游动物的三大主要类群。调查海域浮游动物丰度为11—116ind./m3,NECC区平均丰度最高((96±28)ind./m3),然后依次是MC区和KC区,NEC区最小((26±9)ind./m3)。在浮游动物生物量(干重)方面,同样NECC区最高((3.25±1.11)mg/m3),其次为MC区,但是平均丰度最小的NEC区生物量超过KC区。造成这一差异的主要原因,可能是由于KC区的浮游动物具有更高的含水量以及较小个体所占比例较高。不同水团之间浮游动物灰分、无灰干重和含能量的分布特征与干重相一致。结合环境因子分析显示,上升流、叶绿素a、初级生产力、海流和温度等因素对浮游动物的分布具有一定影响。