基于CORA数据的南海海面温度场变化特征分析

基于2000年1月1日-2013年12月31日CORA(China Ocean Re-Analysis)的逐日平均海面温度(sea surface temperature,SST)资料,采用信息熵理论对我国南海SST场的空间分布形态及其时间变化特征进行研究。研究表明:(1)南海SST场等温线不平行纬线,呈NE-SW向分布,北部分布密集南部分布稀疏,尤其在台湾海峡及广东沿海等温线特别密集,同纬度东部高于西部;(2)夏季由于受到上升流的影响,在12°N处的越南东南沿岸存在明显的冷水舌,并持续到9月份;(3)海洋表层水温熵能够很好地反映气候态的震荡变化,可以有效分析南海表层水温季节性异常变化。了解海洋表层水温及其熵的宏观分布情况,有利于对造成水温变化的原因进行特征分析。     

南海中尺度涡旋海表温度特征统计研究

中尺度涡旋在海洋中无处不在,研究中尺度涡旋的海表温度(SST)对于研究中尺度涡旋上的海气相互作用具有重要意义。本文使用南海2000—2015年的SST和海面高度异常(SSHA)卫星观测数据,分析了南海不同振幅范围中尺度涡内SST的特征。研究表明,不是所有的反气旋涡(气旋涡)内的SST异常(SSTA)都是正(负)的,大约35%(29%)的反气旋涡(气旋涡)与SSTA呈正相关,且在不同振幅范围下表现出不同的空间和季节变化。中尺度涡旋内合成SSTA与SSHA表现出位相不一致,反气旋涡(气旋涡)内的SSTA的最大值(最小值)相对于涡心偏向于赤道(两极)方向。涡旋内SSTA与SSHA呈线性相关,反气旋涡(气旋涡)振幅每增加1 cm,涡旋内平均SSTA则增加(降低)0.02(0.01)℃。     

南海海表面温度年代际异常变化特征及其与PDO的联系

利用奇异谱分析和小波分析的方法,分析了南海海表面温度异常(SSTA)在年代际尺度上的变化特征及其与太平洋年代际涛动(PDO)之间的关系.发现南海 SSTA 年代际振荡与年循环之间存在一定程度上的锁相:在冬、春季较强,而夏、秋季则较弱.此外,在过去的140多年,南海 SSTA 年代际振荡显著衰弱.通过与 PDO 指数进行相关分析发现,在年代际尺度上 PDO 与南海 SSTA 具有一定的相关性.一方面这种相关性只在20世纪前50年比较显著,这在一定程度上解释了为何南海 SSTA 的年代际振荡表现出衰减的趋势;另一方面,当 PDO 位相超前南海 SSTA 位相3到6个月时,两者表现出较强的相关性.进一步分析表明,PDO 可能通过调控赤道东太平洋 SST,从而影响南海 SSTA 的年代际变化.     

1998年冬春季粤港赤潮爆发海区异常高SST成因分析

根据海洋站、气象站的观测资料和历史文献,较系统地分析了1998年冬春季粤港发生大规模赤潮期间广东沿海海表水温（SST）变化特点及异常高SST的原因。结果表明,1997年4月至1998年6月,月平均SST呈准同步变化趋势。赤潮大爆发期间各站的季平均海表水温距平（SSTA）为1．1℃～1．5℃,达到异常高SST标准。其中月平均SSTA达1．5℃-2．0℃。SSTA有两个明显峰期分别出现于1997年12月-1998年1月和1998年4-5月。异常高SST的主要原因是全球气候变暖,受强EI Nino影响、冬季风异常弱、南海高压持续偏强。     

南海表层水温年循环的数值模拟

本文采用一个非线性约化重力海洋模式对南海表层水温(SST)年循环过程进行了数值研究,探讨了南海表层水温年循环形成和维持的动力学和热力学机制·模拟结果表现出与观测分析相一致的年循环变化阶段性和空间结构,并发现南海SST年循环的阶段性是海面动力强迫和热力强迫共同作用的结果;南海上层海洋的热力平衡有着明显的季节特征.     

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.     

利用卫星遥感海面温度、高度联合反演南海北部三维温度场

利用历史观测得到的温度剖面数据,通过严格筛选和插值,建立了南海北部的气候态垂向温度剖面。随后,利用回归统计分析的方法构建了海面温度异常(SSTA)、海面高度异常(SSHA)联合扩展温度剖面的经验回归模型,并采用卫星遥感得到的SST和SSH数据扩展了南海北部的三维海洋温度场,其时间分辨率为天,空间分辨率为0.25°×0.25°。通过与观测数据的对比研究,扩展得到的温度场可以较为准确地反映南海北部温度剖面的结构特征,并且能有效地体现出一些中尺度变化过程。结果表明,本研究反演得到的三维温度扩展场是较为可靠的,它可以作为海洋数值模型的初始场,实现现场观测数据和卫星遥感数据的互补,有助于更好地分析南海北部温度场的三维结构及变化特征。     

风应力桥梁作用下热带太平洋和热带印度洋相互作用的数值试验

利用中等复杂程度全球热带大气和热带海洋模式的数值试验,模拟分析了热带太平洋和热带印度洋通过风应力桥梁的相互作用过程.利用NCEP再分析的1958～1998年SST强迫大气模式得到的风应力与NCEP再分析的同期热通量共同驱动海洋模式,作为控制试验;和控制试验平行,但强迫大气模式的SST在某一海盆取为多年气候平均值的试验作为敏感性试验.比较控制试验与敏感性试验模拟的SST变率,揭示了热带某海盆SST异常通过风应力桥梁作用对其他海盆SST的影响及其过程.数值试验结果表明:热带某海盆SST暖(冷)异常一般总是引起该海盆上空西部西(东)风异常和东部东(西)风异常;热带太平洋SST暖(冷)异常导致年际尺度上印度洋上空东(西)风异常和年代际尺度上热带印度洋风场辐散(合),该风应力导致热带印度洋年际SST暖(冷)异常以及年代际SST冷(暖)异常,但这种异常均较弱;热带印度洋SST暖(冷)异常导致热带太平洋上空东(西)风异常,该风应力异常在年际和年代际尺度上均导致热带太平洋SST冷(暖)异常,但年代际尺度上异常更明显.考虑到热带印度洋SSTA受热带太平洋SSTA影响大,并且热带太平洋SST暖(冷)异常主要通过表面热通量导致热带印度洋SST变暖(冷)的观测事实,文中揭示的热带印度洋SST暖(冷)异常通过风应力桥梁作用导致热带太平洋SST冷(暖)异常的结果表明,热带印度洋SSTA对于热带太平洋SSTA主要起着一种负反馈作用,并且这种负反馈作用在年代际尺度上更为明显.     

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．     

南海海面温度与Ni(n)o/DMI指数年际变异的相关性分析

利用NCEP的Reynolds最优插值海面温度产品(1981年12月-2004年10月),对南海海表温度场的年际变化与热带太平洋El Ni(n)o指数(Ni(n)o1 2, Ni(n)o3.4, Ni(n)o5和Ni(n)o6指数)以及印度洋的偶极子指数(DMI)进行相关性分析.研究表明南海海面温度(SST)的变异与Ni(n)o1 2指数的变异相关性较强,南海海表温度场平均滞后Ni(n)o1 2指数4.77个月时,二者相关达到最大,平均为0.60; Ni(n)o3.4指数次之,南海海洋表层温度距平(SSTA)平均滞后Ni(n)o3.4指数6.67个月时,二者相关系数最大,平均为0.49.南海海表温度场对应的伴随形态进一步表明,南海随Ni(n)o1 2, Ni(n)o3.4指数出现正异常并有增暖现象,其中南海SST异常随Ni(n)o1 2指数变化的强度更大.并且几乎整个南海区域均超过95%的置信水平,当Ni(n)o1 2达到1个标准差(即异常增暖1.04 ℃),南海平均增暖幅度为0.16 ℃,越南东南外海和南海16°N以北区域SSTA增幅最大为0.20 ℃.表征西北太平洋海表温度场的Ni(n)o5和Ni(n)o6指数对ENSO现象的响应与南海表层温度场线性相关性不显著.研究还表明,南海海表温度场的年际变化与印度洋偶极子指数(DMI)的相关性不强,相关性仅体现在南海的卡里曼丹岛西南角的局部海域.     

南海海面温度与Nio/DMI指数年际变异的相关性分析

利用NCEP的Reynolds最优插值海面温度产品(1981年12月-2004年10月),对南海海表温度场的年际变化与热带太平洋El Ni~no指数(Ni~no1 2,Ni~no3.4,Ni~no5和Ni~no6指数)以及印度洋的偶极子指数(DMI)进行相关性分析。研究表明南海海面温度(SST)的变异与Ni~no1 2指数的变异相关性较强,南海海表温度场平均滞后Ni~no1 2指数4.77个月时,二者相关达到最大,平均为0.60;Ni~no3.4指数次之,南海海洋表层温度距平(SSTA)平均滞后Ni~no3.4指数6.67个月时,二者相关系数最大,平均为0.49。南海海表温度场对应的伴随形态进一步表明,南海随Ni~no1 2,Ni~no3.4指数出现正异常并有增暖现象,其中南海SST异常随Ni~no1 2指数变化的强度更大。并且几乎整个南海区域均超过95%的置信水平,当Ni~no1 2达到1个标准差(即异常增暖1.04℃),南海平均增暖幅度为0.16℃,越南东南外海和南海16°N以北区域SSTA增幅最大为0.20℃。表征西北太平洋海表温度场的Ni~no5和Ni~no6指数对ENSO现象的响应与南海表层温度场线性相关性不显著。研究还表明,南海海表温度场的年际变化与印度洋偶极子指数(DMI)的相关性不强,相关性仅体现在南海的卡里曼丹岛西南角的局部海域。     

北大西洋秋季“三极子”海温结构对冬季大气环流场的影响

利用NCEP再分析资料、Hadley中心的海表面温度(SST)资料等,从北大西洋秋季海表面温度异常(SSTA)变化入手,对其影响后期冬季大气环流场的机制进行了分析。研究结果如下:(1)北大西洋SST异常与大气环流异常之间存在着相互作用;(2)秋季北大西洋SSTA具有较好的持续性,"正负正"海温异常空间分布导致12月巴伦支海上空500hPa位势高度异常偏高;(3)异常环流形势对应的海表面风异常场(SSWA)通过阶段性风-蒸发-SST异常反馈机制(WES机制)利于海温异常分布的持续及对上空异常大气环流的反馈;(4)三极子海温结构中负异常海温自10月份开始有自西向东的移动,风作用下蒸发加大,伴随上升运动自欧洲西部爱尔兰群岛出现自西向东移动的降水正异常区,潜热释放有利于冬季巴伦支海上空的异常高压脊发展。研究表明,北大西洋秋季SSTA通过阶段性海气相互作用机制影响海洋温度分布和大气环流异常,对后期冬季中国东北部的气候变化产生影响。     

南海海面温度的年际模态及其与季风强迫的关系

通过对COADS和OISST海洋气象资料的分析，以南海的海面温度异常(SSTA)为指示因子，在研究年际尺度上的南海与大尺度ENSO关系的基础上，进一步探讨了季风强迫下Ekman抽吸对SSTA年际变化的贡献。研究发现，南海SSTA滞后5个月时与：Nifio 3的SSTA相关系数最大，且其年际变化依方差贡献大小，分别有42．7月、25．6月及36．6个月的周期，这3个年际模态基本上能够描述海面温度的年际变异，为南海在大尺度ENSO背景下存在区域响应提供了重要的证据；应用Krause—Turner混合层温度方程对南海异常暖事件的研究表明，除了经向风应力异常，Ekman抽吸也是影响SSTA年际变异的主要因素，在某些异常年份甚至是主导因素，为南海SSTA年际变化的研究提供了重要的补充。     

南海中尺度涡上海面热通量异常的季节变化

利用1999—2009年基于卫星观测反演的湍流热通量数据,并结合最新的涡旋数据集,通过合成分析的方法研究了南海涡旋导致的湍流热通量异常的季节差异及形成机理。结果表明,涡旋引起的热通量异常的水平分布表现出明显的季节差异,与涡旋导致的海表温度(SST)异常的分布特征相一致:在冬季表现为非中心对称(类似于偶极子)分布特征,而夏季则为中心对称(类似于单极子)分布特征。在涡旋内部旋转流场的作用下,因南海在不同季节其背景SST的分布不同,使得涡旋导致的热平流异常也显著不同,进而使得伴随涡旋的SST异常分布表现为单极型和偶极型。在SST异常的作用下,海面热通量异常分布也表现出相似的分布特征和季节差异。进一步分析发现,涡旋引起的热通量异常与SST异常呈线性关系,且两者的线性拟合斜率也表现出显著的季节变化:冬季的拟合斜率大于夏季。通过分析背景场的季节特征发现,背景风速和海气温差的季节差异是造成拟合斜率季节变化的主要原因。     

ENSO及印度洋海盆模态关联的南海SST异常年代际变化及海洋平流输送的贡献

采用国际海—气综合数据集(The International Comprehensive Ocean-Atmosphere Data Set,ICOADS)船舶观测资料及简单海洋同化分析数据(Simple Ocean Data Assimilation,SODA),研究了厄尔尼诺(El Ni?o-Southern Oscillation,ENSO)和印度洋海盆模态(Indian Ocean Basin,IOB)对南海海表温度(sea surface temperature,SST)影响的年代际变化,并着重讨论了不同时期海洋平流输送对SST异常的影响。结果表明,ENSO事件对南海SST的影响呈现显著的年代际变化特征;在1870~2007年期间,扣除资料较少的时期,有4个显著不同的时段,分别是1892~1915年、1930~1940年、1960~1983年、1984~2007年。在1950年之前的两个时段,南海在ENSO期间出现一次显著的增暖,而在1950年之后的两个时段中,南海出现了两次显著的增暖。除第一个时段外,其余三个时段ENSO发展期冬季大气潜热及短波辐射异常是导致南海增暖的主要原因,海洋平流作用较弱;而在最近的两个时段中,海洋平流对ENSO消亡年夏季南海增暖有重要影响。不同时段海洋平流对南海增暖贡献的差异说明ENSO及IOB对南海区域气候的影响具有明显的年代际变化特征。     

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。     

吕宋海峡Ekman输运和南海SST的相关性分析

在利用1950—2009年NCEP(National Center for Environmental Prediction)资料分析风场数据的基础上,计算吕宋海峡的Ekman输运,研究表明其存在显著的季节变化,除了夏季外,其它季节均为由太平洋向南海输运。分析吕宋海峡Ekman输运和南海海盆表征上层热力状况的海表面温度SST(Sea Surface Temperature)之间的关系发现:在年内时间尺度上,两者不存在显著的同期相关,Ekman输运对SST的影响开始于一个月之后,从北部向南扩展,第二个月最为明显,并扩展至整个海盆,第三个月开始衰减,第四个月影响消失,且相关性为正;在年际尺度上,吕宋海峡Ek-man输运的异常同南海SSTA(Sea Surface Temperature Abnormal)的第二模态存在显著的相关联系,并且吕宋海峡Ekman输运和南海SSTA的相关关系在北部为正,南部为负。吕宋海峡Ekman输运调制南海大尺度环流,通过暖、冷平流的作用影响南海SST的变化。     

东亚春季大气环流及山东4月降水对Nino3区SST变化响应的年代际特征

利用1951～2007年的月平均500hPa高度场、海温场等资料,在定义Nino3区SST变化特征指数(ⅠSSTA)的基础上,利用合成、相关等方法分析了东亚春季500hpa环流及山东4月降水对Nino3区SST变化的响应及其年代际特征,结果表明,东亚500hPa环流对ⅠSSTA升高(降低)有着显著响应且具有明显的年代际...     

南海上层水温的准双周(10-20d)变化

对南海季风实验(SCSMEX)期间布设于南海中部的3个ATLS海洋锚定浮标所观测的水温资料进行分析，结果表明：南海上层水温存在准双周(10-20d)变化，且主要发生在次表层，尤其在冬半年，温跃层的年循环对其有调制作用；次表层水温的振幅北部大于南部；南海上层的准双周振荡可分为3个垂向模态，即上下同位相、反位相、次表层先于表层；低层大气准双周振荡的强迫，是造成这种变化的主要原因，海面风应力强迫使得温跃层发生垂直位移，从而引起次表层水温的变化；表层水温(SST)的变化小于次表层，海面热收支是引起表层水温变化的主要原因，但次表层水温可以影响表层。     

基于SODA数据的印度洋表层和次表层热含量变化及其与ENSO的关系

采用1950年1月至1999年12月SODA海洋上层温度的月平均资料及同期的NCEP月平均风场资料,研究了印度洋表层和次表层热含量年际变化的特征以及与海面风场的关系.通过对热带印度洋海区上层热含量异常的经验正交函数分解,发现表层与次表层热含量主要模态的分布不同,表层热含量主要模态的时、空分布与前人对海表温度(SST)异常的研究结果基本一致,第一模的空间分布为全海盆一致型,春季(夏季) 表层热含量第一模的时间序列与前一年的秋季(冬季)Ni(n)o3区SST异常的时间序列有密切的关系;第二模的空间分布为东西偶极子型,并在秋季与4-8个月前的Ni(n)o3区SST异常有密切的关系;次表层热含量异常第一模为东西偶极子型,冬季热带太平洋异常通过影响印度洋的海面风导致的海洋动力调整,进而影响印度洋次年春季次表层热含量东西偶极子型异常; 次表层热含量异常第二模在10°S以北是全海盆一致型,但却与Ni(n)o3区SST异常在统计学上无关.