琼东上升流的年际变化及长期变化趋势

全球变暖背景下沿岸上升流的年际变化是近年来的研究热点。本文基于1982—2012年的海表面温度和风场资料,分析了琼东上升流的强度和中心位置的年际变化规律以及沿岸风应力及其旋度的作用。结果显示,近30年来,琼东上升流强度总体减弱,相比于沿岸风应力,其变化与减弱的局地风应力旋度相关性更高;琼东上升流强中心位置最大概率发生在19.2°—19.3°N,与最大风应力旋度位置接近,且存在北移趋势。琼东上升流强度和位置的年际变化还存在周期约3年、5年和10年的本征模态,以3年周期变化为主。局地风应力旋度在琼东上升流的年际变化中发挥了重要作用。     

2006年夏季琼东、粤西沿岸上升流研究

利用2006年夏季广东、海南、广西近海的海洋水文调查资料和卫星遥感QuikSCAT风场资料分析琼东、粤西沿岸上升流的空间结构特征, 探讨风场、风应力旋度对上升流的影响以及上升流区水温、海流、海平面对上升流的响应。结果表明:琼东、粤西沿岸上升流区并非相互独立, 从10 m层以下已经连成一片。琼东沿岸上升流主要由夏季西南季风驱动而产生, 风应力旋度也有一定贡献。琼东沿岸上升流的强度比粤西强。琼东沿岸海域的上层海水(18 m以浅)以离岸运动为主, 中下层海水以向岸运动为主。上层的离岸流速大于中下层的向岸流速。琼东沿岸的上升流现象是间歇性的, 与沿岸风速强弱有关。琼东沿岸海域海平面的升降与上升流的强弱有良好的关系, 上升流的强弱滞后于海平面的升降约1～2 d。     

琼东上升流和越南沿岸上升流对超强厄尔尼诺事件响应的对比分析

利用海表温度(SST)、海面高度(SSH)、风场、热通量等数据,比较分析琼东上升流和越南沿岸上升流对1998年和2016年两次超强厄尔尼诺事件的响应。结果发现,两个上升流对同一厄尔尼诺事件的响应以及同一上升流区对两次厄尔尼诺事件的响应均不同。1998年夏季,琼东海域风场异常利于上升流发展,上升流增强,越南沿岸风场异常不利于上升流发展,上升流减弱;2016年夏季,两个上升流区均为利于上升流的风场异常,但琼东沿岸冷水区却大幅缩小,SST明显升高,越南沿岸冷水区变化不大,但总体温度也升高。这表明,除风场外,琼东和越南沿岸上升流还受其他过程影响。海洋动力过程分析发现,同一时间同一上升流区的海表温度异常(SSTA)变化与海面高度异常(SSHA)变化最为一致。1998年夏季,琼东的负SSHA和越南以东的正SSHA均与风场异常作用一致,从而琼东上升流增强,越南沿岸上升流减弱。2016年夏季,琼东和越南以东均为正SSHA,抵消了利于上升流的风场异常,使得琼东和越南沿岸上升流减弱。同一时间不同海区相比,风应力旋度异常对琼东上升流SSTA影响更大,SSHA和沿岸风应力异常则对越南沿岸上升流影响更明显。海面高度异常表征的中尺度涡和风场异常(尤其是沿岸风应力异常和风应力旋度异常)是超强厄尔尼诺后沿岸上升流变化的重要影响因素。     

琼东和粤西海表温度锋的季节与年际变化特征分析

以2006—2013年卫星遥感海表温度资料(GHRSST SST)为基础,通过数字图像处理的边缘检测方法提取温度锋面的核心位置,分析了琼东、粤西海域海表温度锋位置及强度的季节变化和年际变化特征,并进一步结合海面高度异常资料和海面风场资料探讨了温度锋变化的可能机制。分析结果表明,琼东、粤西海域温度锋的空间分布及锋面强度存在显著的季节变化,沿岸风应力是影响该海域锋面变化的主要动力因素。夏季温度锋面主要分布于琼东沿岸的东部及南部海域近岸50m到100m等深线之间,而冬季则主要分布在琼东的东部海域和粤西沿岸20m到100m等深线之间,春秋两季为其过渡季节;锋面强度的季节变化表现为冬季最强,春季、夏季次之,秋季最弱,其冬季锋面强度平均值可达到3℃?100km–1,夏季为1.7℃?100km–1;同时,锋面核心位置及强度的分析结果表明,琼东和粤西海域温度锋也存在较强的年际变化。     

2011年夏季台湾海峡上升流的变化特征及其与风场的关系

根据2011年6月27日至7月4日台湾海峡航次的调查资料,结合6月1日至8月31日海表温度和风场的卫星遥感数据,分析了平潭附近海域、澎湖北部海域、东山附近海域、台湾浅滩东南部海域上升流的变化特征及其与风场的关系.以海表温度差值(SSTd)来反映上升流强度,该值负值越大,上升流强度越强,分析可知:在2011年夏季,平潭附近海域上升流的强度除了7月中、下旬和8月底外,其余时段较为稳定.SSTd值与局地沿岸风速存在滞后3 d左右的相关关系,特别是稳定持续的西南风对其强度有较大的影响.澎湖北部海域上升流的SSTd值在-1℃左右,强度相对较小,且6、7月比8月时强盛,局地风场对澎湖北部海域上升流有一定的影响,但不是主要影响因素,而是由地形和风共同作用.东山附近海域上升流的强度并不稳定,在6、7月变化较剧烈,到8月SSTd值稳定在-3℃左右,SSTd值的变化对于局地沿岸风的响应同样存在一个3 d左右的滞后时间,除此之外还与上升流中心的水平变动有关.而台湾浅滩东南部海域上升流虽有波动,但持续存在,且6、7月比8月时强盛,其变化与局地风场的关系不大,主要受海流和地形等其他因素的影响.     

2007 年长江口邻近海域夏季上升流演变机制研究

研究长江口邻近海域夏季上升流强度和空间分布的变化,对渔业生产和赤潮的防治具有重要的指导意义.采用2007年6~10月高分辨率卫星遥感资料 NGSST 海表温度和 CCMP 风场,通过经验正交函数(EOF)分解和区域海洋数值模式(ROMS)研究了该海域夏季上升流的短期演变机制及其与 SST 异常的关系.结果表明,夏季上升流强度和范围存在明显变化,是引起该海域 SST 异常的重要原因;风场对上升流短期演变起着关键作用,风应力旋度对局地上升流变化的影响与沿岸风应力同等重要;地形变化影响着上升流中心的分布,陡而窄的海底凸起容易在顺流侧形成较强的上升流中心,并在逆流侧诱发下降流.     

琼东上升流区海表温度对台风过境的响应

对1982—2015年间过境琼东上升流区的台风及其引起的海表温度(SST)变化进行统计分析,并探究SST变化的影响因素和热量输送机制。结果显示,与开阔大洋显著不同,琼东上升流区SST变化存在降温、基本不变和升温三种类型。在42例台风中,3种类型分别为19例、20例和3例。平均升温(2.1℃)大于平均降温(-1.5℃)。SST变化与台风参量相关性分析显示,与台风过境时长相比,台风强度和台风入射角度对SST变化幅度影响更大。台风在外海引起的非线性海面孤立波向近岸的热输送可能是SST升温的重要机制,观测的SST上升与台风入射角度的关系与理论结果吻合。台风过境琼东上升流区引起的SST变化特征取决于台风局地热输送和外海热输送的相对大小。     

西南季风不同阶段南海北部珠江口外断面水文调查分析

根据2000年7月及2001年5月南海北部珠江口外断面CTD调查资料、同期气象资料,并结合该海域历史资料,对调查断面珠江冲淡水扩展范围、跃层变动情况及上升流特征进行了分析,观察到对应于夏季西南季风的不同阶段,调查断面跃层分布与珠江冲淡水影响范围均发生明显变动,升降流的影响也呈现出不同特征：(1)西南季风较强时,断面陆架区上表层受冲淡水影响明显,海区的层化结构明显加强;(2)西南季风较强时．调查断面出现上升流和下降流。研究结果表明：(1)局地风应力与热通量的变化控制了调查断面跃层或混合层的温度和深度的变化,影响着珠江冲淡水的扩展范围,西南季风较强时珠江冲淡水扩展范围变大,调查断面跃层或混合层强度变大,深度变深;(2)夏季西南季风强时调查断面存在上升流,其形成机制为风产生的离岸水体Ekman输运的补偿效应,底地形的变化虽然也造成较弱的外海次表层水涌升,但可能只是加强了上升的速度或强度;(3)夏季西南季风强时调查断面上存在上升流区与下降流区毗邻的现象,下降流成因可能有二,一为近岸流和陆坡流呈相反方向运动形成弱的反气旋涡,二为“上升与下降因相互水体补充的需要而共生”。     

ENSO发展期琼东上升流的动力过程响应差异

上升流是海洋中最重要的海洋现象之一,通过ROMS数值模型模拟并研究了2000—2013年间琼东上升流对ENSO信号(2002和2009年作为典型El Nio年; 2008和2010年作为典型La Nia年)的响应。结果表明,琼东上升流对ENSO气候事件有明显的响应。在El Nio信号较强时琼东上升流减弱,近岸海域水温升高;而在La Nia信号较强时琼东上升流加强,沿岸海域水温降低。对海面风场以及琼东海域沿岸流的分析表明,ENSO信号通过局地海面风场以及沿岸流对琼东上升流产生影响,并且风和沿岸流对琼东上升流的影响是协同的,在El Nio期间均不利于上升流的发展,而在La Nia期间二者的变化均有助于上升流的强化。     

越南巴达棱湾沿海上升流的观测分析

基于越南巴达棱湾周年站2007年7、8月份的温盐和气象资料,对该海湾沿岸上升流现象进行了分析。结果表明:观测期间,越南巴达棱湾沿岸海域的水团具有低温、高盐的性质,显示了沿岸上升流的存在。上升流强度和风场的变化密切相关,海面风场平行岸线分量的变化是夏季该上升流强度发生改变的重要原因。卫星遥感海表面温度数据进一步证实上升流的存在,且上升流现象呈现出强-弱-强的变化趋势,8月强度大于7月。上升流现象主要发生于近岸,富贵岛离岸较远,受上升流影响较小。     

夏季浙江沿岸上升流的年际变化研究

本文基于JCOPE2数据,综合上升流面积和冷中心强度两方面提出了一个无量纲的上升流强度指数NUI,并以此分析了夏季浙江沿岸上升流强度的多年变化,发现24年来夏季浙江沿岸上升流强度以3和8年为主的周期震荡变化,并有减弱趋势。这与夏季风向与岸线偏离角度的增大密切相关,而台湾暖流的调制作用则是次要因素。机制分析表明,厄尔尼诺现象通过影响风和台湾暖流的年际变化从而影响上升流强度的变化:厄尔尼诺年浙江近岸夏季风速较小,风向偏离岸线角度较大,同时台湾暖流较弱,因此上升流偏弱;拉尼娜年各因素呈相反变化,上升流较强。     

黑潮延伸体区域50-100公里涡旋分布特征

本文使用基于热成风速度的涡旋识别拓展方法,通过海表面温度数据对黑潮延伸体区域50-100公里涡旋进行研究,发现50-100公里涡旋主要分布在黑潮延伸体流轴两侧,气旋涡和反气旋涡的寿命、半径分布具有一致性。气旋涡多出现在35°N以北,反气旋涡在35°N以南比较集中,与尺度较小的中尺度涡旋分布特征较为相似。冬夏两季涡旋地理分布存在一定差异,主要与不同季节该区域海表温度梯度及风应力旋度的变化有关。35°N以南50-100公里涡旋数量的季节性变化与风速大小的季节性变化存在明显的正相关性。35°N以南50-100公里涡旋三倍半径内风速异常和风应力旋度归一化表明,气旋涡对应风速负异常而反气旋涡对应风速正异常,反气旋涡的产生依赖于风应力负旋度,气旋涡的生成与风应力正旋度有关。     

Variability of sea surface temperature in the Japan Sea and its relationship to the wind-curl field

The variability of sea surface temperature (SST) in the Japan Sea is investigated using the complex EOF analysis of daily data produced at Tohoku University, Japan (New Generation SST; 2002–2006). The relationship with the wind field is investigated from the daily NCEP/NCAR reanalysis data with a 1° spatial resolution. Anomalies in the SST (SSTAs) are calculated by subtracting the basin-average annual variation estimated as a leading mode of temperature. The leading mode of an SSTA represents a adjustment to the annual mean variation, most significant in December in the zone of subtropical waters entering the sea through the Korean Strait and in the northwestern sea, over which a cyclonic wind curl develops in the cold period. The semiannual variability mode is identified, which is characterized by the largest temperature increase (decrease) in the western branch of the subarctic front (in the Tatar Strait), which lags by two months behind the semiannual changes in wind curl over the sea. An episodic SSTA movement is detected in the northern part of the sea, which moves from east to west along the western branch of the Tsushima Warm Current with a speed corresponding in magnitude to an advective scale.     

渤、黄海风生流场季节循环时空模态与变异

根据1978—2015年渤、黄海沿岸观测风应力场与二维非线性垂直平均风生流模式，以及旋转经验正交函数（REOF）、调和分析等方法，研究了渤、黄海月平均风生流速度势、流函数场季节循环时空模态与年际变异.渤、黄海月平均风生流速度势、流函数场主要有两种时空模态，季节周期分量是时空模态的主要分量.由于风应力场季节循环变异，渤海流函数场季节时空循环变异程度大于速度势场，速度势、流函数场第二模态是季节变异的主要分量，黄海速度势场季节时空循环变异程度大于流函数场，速度势场第二模态是季节变异的主要分量.由于月平均风应力场强度年际变化显著线性减弱，渤、黄海季节平均风生流场强度年际变化也显著减弱.渤、黄海暖流与冷水团季节生消是风生流水平环流与垂直对流对冷 暖水体输送与汇集共同作用的结果，渤、黄海春、夏季辐合上升环流延缓及减弱了浅层暖水向深层传播，是春、夏季冷水团与温跃层形成的重要动力因素，因此，速度势是研究渤、黄海风生流场十分重要的因素.冬季渤海中部、黄海东部反气旋型及辐散下沉环流与黄海中部气旋型环流、辐合上升环流是黄海暖流季节转换与强度的主要动力控制因素，夏季黄海东部气旋型环流、辐合上升环流与黄海中部反气旋型环流、辐散下沉环流是黄海冷水团季节转换与强度的主要动力控制因素.     

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.     

黑潮延伸体区域50~100 km涡旋分布特征

本文使用基于热成风速度的涡旋识别拓展方法,通过海表面温度数据对黑潮延伸体区域50~100 km涡旋进行研究,发现50~100 km涡旋主要分布在黑潮延伸体流轴两侧,气旋涡和反气旋涡的寿命、半径分布具有一致性。气旋涡多出现在35°N以北,反气旋涡在35°N以南比较集中,与尺度较小的中尺度涡旋分布特征较为相似。冬夏两季涡旋地理分布存在一定差异,主要与不同季节该区域海表温度梯度及风应力旋度的变化有关。35°N以南50~100 km涡旋数量的季节性变化与风速大小的季节性变化存在明显的正相关性。35°N以南50~100 km涡旋三倍半径内风速异常和风应力旋度归一化表明,气旋涡对应风速负异常而反气旋涡对应风速正异常,反气旋涡的产生依赖于风应力负旋度,气旋涡的生成与风应力正旋度有关。