西北太平洋海气界面热通量时空分布特征研究

基于第三版本HOAPs (Hamburg Ocean Atmosphere Parameters and Fluxes from Satellite Data)海表面温度、潜热通量、感热通量、海表面空气比湿以及海表面风场5个参量的18 a(1988～2005年)逐月平均资料,利用经验正交函数和奇异值分解方法分析了异常潜热和感热通量场在西北太平洋的时空分布特征及造成这种分布的主要影响因素.EOF的分析结果表明,异常潜热通量场主要体现为第一第二两个模态的变化,第一模态显示整个海域呈同相变化且在时间上呈准年周期变化,第二模态则描述了分别位于10°N,25°N和40°N的3个极值中心并伴随多年振荡,由因子载荷分布可知热带太平洋是第二模态的行为中心,因此该模态可能与ENSO事件相关.异常感热通量场则主要表现为第一模态的变化,在时间上呈准年周期变化并伴随有多年时间尺度的振荡.奇异值分解方法的分析结果表明异常海表面风场是异常潜热和感热通量场时空变化的重要影响因素.     

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.     

1945～2006年东中国海海表温度的长期变化趋势

通过对HadISST1资料1945～2006年海表温度(SST)的分析,发现在东中国海SST具有明显的长期升高的线性变化趋势,平均每年升高0.015℃,在这62 a共升高了0.9℃.其中,东海的升温现象最为突出,从福建和浙江两省沿岸向东北方向扩展的大片海域,是整个东中国海SST变化最大的所在.由于台湾海峡常年向北的流动和台湾岛东北侧向北的黑潮水入侵在1945～2006之间得到了相当程度的加强,它们对热量平流输运的增加有利于东中国海SST长期升高.同样起到促进作用的还有海面风场所控制的垂向卷夹过程.海面净热通量的变化抑制了东中国海SST的长期升高趋势.研究结果显示,东中国海SST的长期变化趋势极有可能是受到太平洋长期变化的影响.     

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。     

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。     

辽东半岛顶端海域上升流长期变化特征及影响因素

利用回归分析、相关性分析等分析方法,对全球气候变暖背景下辽东半岛顶端海域上升流的变化特征及影响因素进行了研究。结果表明:夏季,辽东半岛顶端邻近海域上升流以38°52′N、120°55′E为中心,呈纺锤状分布于复州湾—辽东半岛顶端—北砣矶水道沿线海域,其位置较为固定。1988—2018年,海表温度上升流指数呈显著增加的变化趋势,其变化速率为0.27°C/10a,研究海域上升流显著增强,其中1998—2018年上升流增强尤为显著。在全球气候变暖背景下,渤海及北黄海部分海域净辐射通量的增加和夏季风场的减弱是研究海域上升流增强的两个影响因素。净辐射通量的增加和夏季风场的减弱分别有利于非上升流与上升流区的温差增大和底层冷水的上涌,进而使上升流现象增强。在长时间尺度上,ENSO(ElNi?o-SouthernOscillation)不会影响研究海域上升流强度的变化趋势,但在强厄尔尼诺发展阶段(1997年和2014年),ENSO可使研究海域纬向风(西风)增强,从而减弱研究海域上升流。     

台湾西南部海域风应力旋度偶极子的季节和年际变化分析

利用1995~2013年间NCEP风场资料,分析研究了台湾西南部海域风应力旋度偶极子的季节和年际变化特征,及其受ENSO事件的影响,结果表明:台湾西南部海域风应力旋度偶极子的分布存在明显季节变化,其分布期主要集中于每年10月至次年4月,夏季台湾海峡不存在风应力旋度偶极子的分布;风应力旋度偶极子的强度异常要滞后ENSO 1个月,当厄尔尼诺事件发生时,风应力旋度偶极子的分布强度较正常年份要弱,而当拉尼娜事件发生时,风应力旋度偶极子的分布强度较正常年份要强;风应力旋度偶极子的分布还存在准16.0个月和准45.3个月的显著年际变化周期,其变化同ENSO循环密切相关.     

基于SODA3资料的西北太平洋海气边界层主要特征及相关性分析

基于SODA3.3.1海洋数据集2011—2015年逐月和逐5 d平均资料,对西北太平洋海域表层和次表层海温、混合层深度、风应力及风应力旋度的分布特征进行了分析,使用相关系数和相关矩方法分析了海温与混合层深度、风应力旋度的相关关系及变化特征。结果表明:西北太平洋次表层海温在赤道附近存在冷中心;混合层深度呈北高南低分布,在黑潮延伸体以南有两个极大值中心;风应力秋冬季方向偏北且取值较大(冬季为全年最大),春季方向偏西,夏季方向偏南,两季风应力较小,西北太平洋表层海温与混合层深度在大部海域呈负相关,冬夏两季相关系数较高,在赤道附近相关系数下降,厄尔尼诺年下降趋势小,拉尼娜年下降趋势大,次表层海温与混合层深度大部呈正相关,黑潮流域呈负相关,相关区域主要位于15°N以北。表层海温与风应力旋度相关区域主要位于15°N以北,呈正相关,1—3月份和7—10月份相关性较高,次表层海温与风应力旋度相关区域分布零散无规律。     

北太平洋经向翻转环流年际变化的数值模拟

北太平洋经向翻转环流(NPMOC)是北太平洋所有经向翻转环流圈的总称,拥有5个环流圈结构.其中,热带环流圈(TC)、副热带环流圈(STC)和深层热带环流圈(DTC)位于北太平洋热带-副热带海域,是该海域间经向物质和能量交换的重要通道.主要运用NEMO模式对这3个经向翻转环流圈的年际变化特征和机理进行了研究.结果表明,TC、STC和DTC的经向流量都具有显著的年际变化特征:在El Nio期间,TC的南、北向流量均减弱,STC的北向流量增强、南向流量减弱,DTC的南向流量减弱;而在La Nia期间则相反.敏感性试验表明,在风应力强迫下得到的TC、STC南、北向流量和DTC南向流量的年际变化特征都很显著,并与在风应力、热通量和淡水通量共同强迫下得到的结果非常一致;而仅在热通量和淡水通量的强迫下,各分支流量的年际变化均较小.由此可见,风场驱动是引起北太平洋经向翻转环流年际变化的主要驱动因素,而热通量和淡水通量的影响却较小.     

热带太平洋潜热通量变化及其与我国夏季降水的关系

采用1948-2010年NCEP/NCAR再分析潜热通量资料,利用经验正交分解(EOF)方法,分析了夏季热带太平洋潜热通量变化的时空特征,并探讨了中国东部夏季降水异常与潜热通量变化时空格局的关系.结果显示,热带东太平洋潜热通量变化存在明显的线性减小趋势;潜热通量还具有在年际时间尺度上的变化特征.热带太平洋潜热通量第一模态时间系数与中国夏季降水相关系数表现为“南正北负”型分布,表明热带太平洋地区的潜热通量减少可能是造成我国夏季降水在20世纪70年代以后长江中下游及华南地区夏季降水明显偏多,东北、华北地区夏季降水明显偏少的影响因素之一.进一步分析表明,热带东太平洋潜热通量异常偏少时,造成东亚地区500hPa位势高度场异常偏高,形成向南的水汽输送异常,并可能通过东亚副热带西风急流年际变化影响中国夏季降水分布.     

1999年与2006年间夏季长江冲淡水变化动力因素的初步分析

根据径流量,1999年和2006年夏季的长江分别处于显著洪季和旱季.此期间的月平均风向也有显著区别.根据同期的海洋现场观测:相对1999年8月,2006年同期的长江口以东、以南毗邻水域表层盐度显著较高,而在长江口东北部海域则相对偏低;长江口附近海域的底层盐度有所偏高,但在浙江中南部沿海底层盐度则相对偏低.利用Regional Ocean Modelling Systems数值模式,对1999年和2006年实际的径流量、风场和黑潮及其分支变化等3个因素对长江冲淡水扩展的影响进行了一系列模拟试验和对比.对比试验表明:相对1999年8月,2006年夏季长江流量大幅度减小是长江口毗邻海域表层盐度升高的主要原因;风场是导致长江冲淡水相对偏北,并使长江口北部出现表层盐度负异常的主要因素;黑潮及其分支在东海北部入侵相对增强、在东海南部入侵相对减弱,使长江口南部表层盐度正异常海域扩大,并促使长江淡水向江口北部扩散增强、而向东部扩散减弱.长江口毗邻海域环流和水团的变化可能对夏季低氧区位置变化产生一定影响.     

东海及其邻近海区热带气旋风灾风险

东海及其邻近海区是受热带气旋影响较为严重的区域,研究该海域的热带气旋风灾风险有助于防灾减灾。选取1980—2019年影响该海域的587个热带气旋资料,利用Holland经验风场模型获得该海域热带气旋风场数据集,参照Simpson风灾指数方法,构建联合风速及其累计时间的风灾指数。结果表明:①东海及其邻近海区大部分海域受热带气旋影响,都会出现最大风速超过30 m/s。②进入20世纪,东海热带气旋风速有增强的趋势,每10 a的平均增速约1.6 m/s。③近岸海域最大风速主要发生在7月中旬至9月中旬。④从宁德至温州近岸海域的风灾等级相对较高,且风灾等级向南北两侧呈递减趋势。     

A preliminary study of variations of the Changjiang Diluted Water between August of 1999 and 2006

A large area hypoxia has been already reported respectively by two interdisciplinary surveys off the Changjiang Estuary since summer of 1999 and 2006. The hypoxic zone shows distinct year-to-year variations. Observed oceanographic data are first analysized and reveal a big difference for the Changjiang Diluted Water (CDW) between these two periods. These great changes are related to the tremendous reduction of the freshwater discharge and variations of wind fields between these two years. It is also found that the monthly mean intrusion of Kuroshio and its branches has increased in the northern East China Sea (ECS), but decreased in the southern ECS in August of 2006 as compared with 1999 on the base of general circulation models. Then, the Regional Ocean Modelling Systems is applied to the East China Sea to evaluate the contributions and relative importance of impacts from the river discharge, wind forcing and open boundary data. Our simulations reproduce the phenomena that more fresh water extends northeastward in 2006 and forms a negative SSS anomaly to the northeast of the river mouth as compared with 1999, which is consistent with observations. The five group numerical tests suggest that the wind forcing dominates the CDW variations followed by the Kuroshio and its branches. The study implies important roles played by hydrodynamic processes on the variability of hypoxic zone in the study areas.     

基于水色遥感的黄、东海叶绿素a浓度季节和年际变化特征分析

海洋叶绿素a浓度是衡量海洋浮游植物的生物量和富营养化程度的最基本指标之一。黄、东海叶绿素a浓度年际变化显著,其影响因素需深入分析。本文依据黄、东海的地理位置、水深和生态特征将其分为5个区域进行研究。由5个区域叶绿素a浓度的季节变化可以看出,水华发生早晚依次是黄海西岸—北黄海中部—南黄海中部—东海陆架区—东海近岸海区。从年际变化可以看出,除东海陆架外,其它4个区域的变化幅度均较大。在冬季和夏季,5个区域的基础生物量在2008年均达到最低;在春季和秋季,黄、东海近岸和北黄海中部的年际变化较大,5个区域在2006年春季均达到最高;2009年秋季较其它年份均低。5个区域基础生物量由高到低为:黄、东海近岸较高,然后是北黄海中部和南黄海中部,东海陆架最低。从与水温、风速和有效光合辐射的相关分析来看,浮游植物生长的年际变化受海面风速的影响较大。近岸区域水体混合均匀,营养盐丰富,风速较小时水体稳定有利于浮游植物生长,而水深较深区域,风速较大时,营养盐易补充到表层,有利于浮游植物生长。     

东海沿海季节性海平面异常成因

Based on the analysis of sea level, air temperature, sea surface temperature(SST), air pressure and wind data during 1980–2013, the causes of seasonal sea level anomalies in the coastal region of the East China Sea(ECS) are investigated. The research results show:(1) sea level along the coastal region of the ECS takes on strong seasonal variation. The annual range is 30–45 cm, larger in the north than in the south. From north to south, the phase of sea level changes from 140° to 231°, with a difference of nearly 3 months.(2) Monthly mean sea level(MSL)anomalies often occur from August to next February along the coast region of the ECS. The number of sea level anomalies is at most from January to February and from August to October, showing a growing trend in recent years.(3) Anomalous wind field is an important factor to affect the sea level variation in the coastal region of the ECS. Monthly MSL anomaly is closely related to wind field anomaly and air pressure field anomaly. Wind-driven current is essentially consistent with sea surface height. In August 2012, the sea surface heights at the coastal stations driven by wind field have contributed 50%–80% of MSL anomalies.(4) The annual variations for sea level,SST and air temperature along the coastal region of the ECS are mainly caused by solar radiation with a period of12 months. But the correlation coefficients of sea level anomalies with SST anomalies and air temperature anomalies are all less than 0.1.(5) Seasonal sea level variations contain the long-term trends and all kinds of periodic changes. Sea level oscillations vary in different seasons in the coastal region of the ECS. In winter and spring, the oscillation of 4–7 a related to El Ni?o is stronger and its amplitude exceeds 2 cm. In summer and autumn, the oscillations of 2–3 a and quasi 9 a are most significant, and their amplitudes also exceed 2 cm. The height of sea level is lifted up when the different oscillations superposed. On the other hand, the height of sea level is fallen down.     

东海黑潮强度与东亚冬季风关系的分析研究

利用卫星高度计资料和再分析资料，本文分析研究了东海黑潮强度与东亚冬季风的关系，并初步探讨了二者相互作用的可能机制。结果表明，位置相近的断面，其流强变化具有相似的特征；在年际尺度上，冬季风与东海黑潮存在相互作用。当冬季风偏强，将削弱次年2-4月SC、SD断面的流强，弱冬季风年的情况相反。冬季风对流强影响的动力过程主要通过改变Ekman输送来实现；热力过程则表现为强（弱）冬季风增大（减少）了黑潮向大气释放的热通量，从而削弱（增强）流强，这一过程主要为冬季风对黑潮的影响。当冬季风偏强时，次年10-12月黑潮中下游流强偏弱，弱冬季风年的情况相反。这一过程与2-4月情况不同，其热力过程主要表现为黑潮对冬季风的影响。强冬季风通过准两年振荡对次年冬季的黑潮流强产生影响，由此构成了一个包含海洋和大气耦合过程的正反馈机制。黑潮流域的海气相互作用过程可能受冬季风和黑潮流强相对强弱的调制，海洋过程和大气过程主导一方的转换中存在一个“临界值”。     

春季东海黑潮海表温度与风场的年代际变化特征

利用高分辨率遥感海表温度和海表面风场数据,通过经验正交分解(EOF)和合成分析等方法对春季(3—5月)东海黑潮海温暖舌和海表面风场的年代际变化特征进行分析。结果表明:春季黑潮海温暖舌存在明显的年代际变化特征,在1996/1997年发生由弱到强的位相转换,该年代际变化主要受到北太平洋涡旋振荡(NPGO)的调制。进一步研究表明,与气候态相反,春季黑潮海表温度和风场散度在年代际尺度上表现出显著的负相关关系,合成分析表明,该现象主要是由黑潮西侧东海陆架海域海温的异常增暖所造成。     

Intrusion of Kuroshio water onto the continental shelf of the East China Sea

As a fundamental study to evaluate the contribution of the Kuroshio to primary production in the East China Sea (ECS), we investigated the seasonal pattern of the intrusion from the Kuroshio onto the continental shelf of the ECS and the behavior of the intruded Kuroshio water, using the RIAM Ocean Model (RIAMOM). The total intruded volume transport across the 200m isobath line was evaluated as 2.74 Sv in winter and 2.47 Sv in summer, while the intruded transport below 80m was estimated to be 1.32 Sv in winter and 1.64 Sv in summer. Passive tracer experiments revealed that the main intrusion from the Kuroshio to the shelf area of the ECS, shallower than 80m, takes place through the lower layer northeast of Taiwan in summer, with a volume transport of 0.19 Sv. Comparative studies show several components affecting the intrusion of the Kuroshio across the 200 m isobath line. The Kuroshio water intruded less onto the shelf compared with a case without consideration of tide-induced bottom friction, especially northeast of Taiwan. The variations of the transport from the Taiwan Strait and the east of Taiwan have considerable effects on the intrusion of the Kuroshio onto the shelf.     

风对中国东部海域海平面季节变化的影响

应用ROMS数值模式配置基本实验模拟了2004年到2006年中国东部海域海平面的季节变化。模拟结果与TOPEX／Poseidon（T／P）卫星高度计观测结果基本一致,海平面年较差从中国沿岸到黑潮路径逐渐变小。将数值模式的风应力项去掉,配置对比实验。与基本实验结果对比发现,对比实验海平面仍然具有季节变化,但是闽浙沿岸和苏北沿岸海平面春夏季异常偏低、秋冬季异常偏高现象消失,中国沿岸向太平洋的海平面变化减弱。春季和秋季,渤、黄海和黑潮附近海平面异于东海的现象减弱。对比实验海平面的年较差的数值明显减小,从近岸向黑潮海平面年较差渐变的过程消失。整个渤黄海的海平面年较差近似。对比实验海平面年较差占基本实验海平面年较差比率从近岸向黑潮路径逐渐增大。     

Interannual Variation of Freshwater in the Yellow and East China Seas: Roles of the Changjiang Discharge and Wind Forcing

The interannual variation of the behavior of Changjiang freshwater has been investigated using the Princeton Ocean Model (POM). Five experiments are described in this study. Three basic experiments (Exps. B1, B2 and B3) were performed to examine the freshwater behavior in response to annual variations of the Changjiang discharge in normal, wet and dry years, respectively. Thereafter, the freshwater variation was investigated with the model forced by primary-interannual variations of river discharge with an 8-year period (Exp. I1) and a wind field with a 3.6-year period (Exp. I2). In Exp. B1, the average residence time of freshwater is roughly estimated to be 681.4 days in the Yellow Sea (YS) and 353.4 days in the combined area of the East China Sea (ECS) and the Chinese Coast (CC). This difference is attributed to the current pattern in each region and freshwater exchange among the regions. The interannual variation of freshwater volume in Exp. I1 has a large amplitude and long phase lag in the YS (38 km³ and 1.6-year against primary-interannual discharge variation), while there are relatively small amplitudes and short phase lags in the ECS (18 km³ and 0.7-year) and the CC (14 km³ and 0.5-year). It is concluded that the difference in the freshwater behavior results from the difference in the average residence time in each region.