ENSO影响下的西太平洋地区海陆水储量变化分析

利用2005-01-2016-12的GRACE卫星数据，结合测高、ARGO（array for real-time geostrophic oceanography）、TRMM（tropical rainfall measurement mission）降水数据和MEI（multivariate ENSO index），从海平面、海水质量、海水比容和陆地水储量的非季节性变化分析了厄尔尼诺-南方涛动（El Ni?o/Southern Oscillation，ENSO）对西太平洋及其沿岸地区的影响。在GRACE数据处理过程中考虑了地震构造信号的影响，并采用正演模型法来恢复时变信号。结果表明，西太平洋地区平均海平面（western Pacific mean sea level，WPMSL）变化对ENSO的响应表现为:厄尔尼诺期间海平面下降，拉尼娜期间海平面上升；尤其在2014-2016年厄尔尼诺期间，WPMSL下降了近26.2 mm。比容变化为影响WPMSL非季节性变化的主导因素。澳大利亚和中南半岛水储量异常在年际变化上也较好响应了ENSO，与MEI的相关系数分别为-0.61（滞后3个月）和-0.65（滞后8个月）。长江流域对ENSO的响应主要在中下游区域，2014-2016年厄尔尼诺造成了该时期长江流域水储量达到近几年的极大值。     

利用多代卫星测高资料监测1993～2011年全球海平面变化

联合多代测高卫星T/P、Jason-1/2海面高数据和验潮站数据,确定了各卫星高度计的长期低频漂移,建立了统一的卫星测高海面高观测值,研究了1993～2011年间全球平均海平面的变化。结果表明,近18a全球平均海平面以3.12±0.4mm·a-1的速率上升,其中,海平面年际信号与ENSO事件表现出较强的相关性。     

赤道海面高亚季节变化的时空特征

本文对赤道海区Topex/Poseidon卫星(1992.10-1998.10)测高资料进行最小二乘法分区拟合,扣除周年和半周年信号之后,再用Vondrak滤波得到30天至150天的亚季节信号。小波振幅谱结果显示了海平面高度变化的亚季节时频时空特性与厄尔尼诺事件存在一定的相关性。     

山东省气候变化与厄尔尼诺/拉尼娜事件的相关性

利用1990—2019年山东省14个气象观测站的气候数据和Nino3.4区海表温度数据,通过线性相关性分析、曼-肯德尔法(Mann-Kendall,M-K)、反距离权重插值、数理统计等方法,分析了山东省气候的年际变化以及与厄尔尼诺/拉尼娜事件的相关性.结果表明:1990—2019年山东省年平均气温有明显的上升趋势,而年降水量呈下降的趋势;厄尔尼诺/拉尼娜事件与降水量的相关性比较显著,当事件发生时山东省的降水量将有所减少;拉尼娜事件对气温的影响比厄尔尼诺事件对气温的影响大,当拉尼娜事件发生时,山东省年平均气温有所下降.     

利用GNSS掩星数据分析ENSO期间

厄尔尼诺-南方涛动事件(ENSO)会引起全球大气压强的异常变化. 应用2006年至2008年期间全球导航卫星系统(GNSS)掩星数据,采用几何光学反演法计算地面高度2 km处的大气压强变化,将厄尔尼诺期间(2006年12月)、拉尼娜期间(2007年12月)与正常年份(2008年12月)之间的全球大气压强求差,分析大气压强变化. 实验结果表明,利用GNSS掩星数据通过绘制全球范围某一高度的大气压强变化剖面图,可以直观地展现出ENSO期间的大气压强变化,为相关的气候变化研究提供便利参考条件.      

辽宁省气候变化与厄尔尼诺相关性分析

为了探讨近50年来辽宁省气候变化特征及其与厄尔尼诺的关系,文章根据1965—2013年辽宁省23个气象站点的降水、年均气温数据与表征厄尔尼诺南方涛动(ENSO)事件的热带太平洋海表温度距平和南方涛动指数资料,利用气候倾向率、M-K突变检验以及反距离权重插值等方法进行分析研究,结果表明:1965—2013年辽宁省降水量由东南向西北逐渐减少,在多个时间段内发生突变现象;气温有显著的上升趋势,并在空间上呈现由东北向西南逐渐增加的趋势;降水变化与ENSO事件强度存在着一定的负相关性,而气温变化与ENSO事件强度没有显著的相关性。     

联合Argo浮标、卫星测高和GRACE数据研究海平面变化

卫星测高、GRACE、Argo等数据为监测海平面变化提供了丰富的观测数据,利用Argo数据计算的比容海平面变化,可以更加深入地理解卫星测高以及卫星重力获得的海平面变化。利用2004年1月至2010年12月间Argo浮标采集的温度和盐度数据,通过数值积分方法计算了65°S~65°N间的比容海平面异常,并通过最小二乘拟合得到比容海平面变化的长期趋势为0.63±0.45 mm/a,与Llovel得到的结果吻合较好。利用卫星测高数据得到该时间段内海平面变化趋势为2.52±0.71 mm/a,GRACE反演得到的海水质量变化引起的海平面趋势为1.84±0.13mm/a,结果表明海水质量变化成为引起海平面变化的主要因素。最后对联合卫星测高、GRACE得到比容海平面变化与相应Argo浮标数据计算结果的空间分布特征进行了比较。     

基于多源数据的全球比容海平面变化研究

利用2005—2009年共60个月的卫星测高、GRACE数据计算全球66°S~66°N比容海平面变化,同时利用Argo数据计算得到该区域的比容海平面变化,结果可知比容海平面具有明显的周年变化。比较不同方法得到的比容海平面变化发现二者在整体趋势上较为一致,但局部也存在着差异。联合卫星测高、GRACE和利用Argo数据得到2005—2009年比容海平面变化振幅分别为10.5 mm和4.3 mm,长期变化趋势分别为1.63 mm/a和0.32mm/a。     

日长变化、大气角动量和ENSO:1997～1998厄尔尼诺和1998～1999拉尼娜信号

采用1970年1月－1999年6月期间日长变化序列（ΔLOD）、大气角动量（AAM）和南方涛动指数（SOI），通过小波变换等方法研究ΔLOD、AAM与ENSO间的关系。结果表明，ΔLOD和AAM的年际变化与ENSO具有相似的时变谱结构，从日长和AAM资料中可以检测到1997－1998年厄尔尼诺（El Nino)和1998－1999年拉尼娜（La Nina)事件的信号。     

基于卫星测高资料研究全球海平面变化趋势

利用全球平均海平面的高程数据,研究基于反距离权重内插方法来处理Jason测高数据资料得出全球平均海面的数学模型,并将所得结果与利用WHU2013 MSS模型得出的结果进行了对比。此外,还通过计算全球海平面的变化值,分析了全球海平面变化的季节性特征、长期性趋势以及年际变化与厄尔尼诺事件的相关性。     

近海多种卫星测高联合数据处理技术

海域海况复杂多变 ,潮汐不但受外海能量输入的控制 ,而且在复杂的海岸线、浅海海底和内陆河流运输的作用下变得异常复杂。卫星测高由于受复杂的海洋动力环境和陆地反射的影响 ,数据质量普遍较深海差。将多种卫星测高数据联合处理 ,可以大大提高近海海域平均海面高的精度与分辨率 ,增强测高卫星监测近海复杂动力现象与反演近海复杂动力机制的能力。本文讨论近海多种卫星联合数据处理的技术与方法 ,分别从提取海平面稳态和时变信息的角度较系统地研究了多种卫星测高联合数据处理方法 ,通过提取不同测高卫星海平面观测数据中与时间无关的系统偏差 ,建立多种卫星测高数据的海平面时变基准 ,从而将多种测高卫星海面监测数据融合到一个动力系统中。大大提高测高卫星海平面监测的时空分辨率 ,为联合多种卫星测高数据在大地测量与近海海洋动力学研究中的应用创造基本条件。     

联合时变重力数据与测高数据反演全球海平面变化及其分量贡献

理解全球海平面变化具有十分重要的意义,它间接反映了地球系统中气候性相关因素的变化。本文基于一组海平面指纹和比容经验正交函数,联合时变重力数据和卫星测高数据反演了2002年4月至2020年2月的全球海平面变化,将全球海平面变化分解成南极冰盖融化、格陵兰冰盖融化、陆地冰川融化、陆地水储量变化、冰川均衡调整和海水比容效应这6个分量的贡献。联合反演结果显示,全球平均比容海平面变化为1.08±0.05 mm/a,与相关文献的结果相吻合。研究发现,联合测高数据和时变重力数据的反演方法能够一定程度上减弱GRACE Follow-On卫星时期海水质量变化被低估的现象。本文利用联合反演的结果研究了区域海平面变化,在大部分近海区域反演效果较好,这表明该方法可用于区域海平面变化的研究。     

卫星高度计的北太平洋中尺度涡时空分析

本文利用1993年—2012年AVISO卫星高度计融合数据,识别和追踪了北太平洋海域(100°E—77°W,0°N—70°N)20年的中尺度涡。统计分析了北太平洋中尺度涡的生命周期、振幅、移动速度等属性特征、空间分布和运动特征、季节、年际和年代际的变化趋势及其与ENSO的关系。结果表明:北太平洋中尺度涡的平均寿命为6.9周,平均振幅为8.44 cm,平均速度为6.4 cm/s;随着纬度的增加,反气旋涡的生命周期和振幅差异较大,气旋涡差异较小,涡旋的移动速度随纬度的增加逐渐减少。在空间分布上,日本东部的黑潮延伸区、加利福尼亚海岸和阿拉斯加湾是涡旋的高发区,其中黑潮延伸区分布最为密集;涡旋大多数向西运动,只有少数涡旋向东传播,移动过程中反气涡旋表现为向赤道方向偏移,气旋涡向极地方向偏移,且具有明显的非线性特征。在季节、年际尺度上,春季和夏季是涡旋高发的两个季节,秋季和冬季生成的涡旋相对最少,在加利福尼亚沿岸涡旋的季节差异较明显;涡旋数量的年际变化与ENSO事件具有明显的相关性,1993年—2002年厄尔尼诺年生成的涡旋较多,而拉尼娜年生成的涡旋较少,2003年—2012年则是厄尔尼诺年生成的涡旋较少,而拉尼娜年生成的涡旋较多。     

利用卫星测高技术监测海平面变化

利用 1 993～ 1 999年期间的 T/ P测高数据计算了东中国海 1 1个潮汐调和常数值 ,其振幅精度优于± 4cm;利用 Topex卫星测高数据 ,以优于± 7cm的精度监测了 1 997年太平洋的厄尔尼诺过程 ;利用 T/ P数据分析了全球和中国海海平面季节性变化 ,全球海平面季节变化趋势是第一、四季度上升 ,第二、三季度下降 ;而中国海则相反 ,第一、四季度下降 ,第二、三季度上升     

卫星测高逆气压改正及其对海平面变化的影响

研究了全球平均大气压的变化特征,分析了传统卫星测高逆气压改正存在的缺陷,并对以常数大气压为参考值、以全球海洋平均大气压为参考值和顾及高频信号的3种逆气压改正进行了对比。根据T/P卫星测高数据对3种改正方法得到的海面高和海平面变化进行了比较分析,相比于前两种逆气压改正,顾及高频信号的逆气压改正最接近海平面的真实响应,可减少卫星测高海面高交叉点不符值RMS约5.70mm,分别提高海平面变化估计精度约18%和12%。     

联合卫星测高、GRACE、海洋和气象资料研究南海海水质量变化

首先利用重力恢复与气候实验（gravity recovery and climate experiment,GRACE）卫星重力、卫星测高和海洋温盐数据分析了2003-2012年间南海海水质量的变化特征,进而结合海洋和气象资料探讨了厄尔尼诺和南方涛动（El Ni?o-Southern Oscillation,ENSO）、净淡水通量、海水体积输送和陆地径流在此期间对南中国海海水质量变化的影响。研究结果表明,南海海水质量变化主要受海面净淡水通量和海水体积输送的联合调制影响,周边陆地径流对其影响有限。南海海水质量季节性变化显著,且具有明显的长期增加趋势;ENSO通过改变降水和黑潮自吕宋海峡流入南海的水量影响南海海水质量,使得南海海水质量存在着显著的具有ENSO特征的年际变化。     

垂线偏差-大地水准面与逆范宁-梅尼兹公式的应用——联合多种卫星测高数据求解全球海平面与海洋重力异常

卫星测高开辟了地球科学研究的新纪元。平均海面高(MSSH)和海洋重力异常是卫星测高在大地测量和地球物理应用领域的重要成果。平均海面高对于建立全球潮汐模型、海平面变化研究以及海洋测深等方面有重要意义。关于海洋重力异常的应用,Sandweel与Smith(1997)已进行了说明。根据卫星测高数据计算垂线偏差(DOV)是恢复重力异常的一个新途径。对利用改进的卫星测高数据进一步提高全球平均海面高和重力异     

近海海平面变化成因分析

近海海平面上升直接威胁人类生存,分析其成因不仅具有重要科学意义,而且能够为应对海平面上升提供相应策略。使用卫星测高、时变重力以及浮标观测研究2002—2020年近海300 km内海平面变化成因。由于时变重力在近海受到较为严重的泄漏误差影响,使用时变重力约束解模拟陆地质量变化对海洋质量的泄漏,其线性趋势约为0.68 mm/a。在季节和非季节尺度上,时变重力和浮标观测解释了卫星测高的结果,证明近海海平面平衡方程在季节和非季节时间尺度上能够被闭合。在长期变化趋势方面,卫星测高显示近海海平面上升速率为3.32±0.45 mm/a,而时变重力与浮标观测之和的速率为2.25±0.51 mm/a,两者之间存在约1 mm/a的速率差。鉴于该速率差高于估计的不确定度,认为当前在闭合近海海平面平衡方程长期趋势方面仍存在不小挑战,一方面近海比容实测数据较为稀少,很可能低估了长期趋势变化;另一方面,不完善的泄漏误差改正和陆地垂直运动改正也会影响近海海平面长期趋势变化。     

联合卫星测高、GRACE与温盐数据分析红海海平面变化季节性特征

本文利用卫星测高、GRACE与温盐数据监测2003-2014年红海海平面变化，并分析了蒸发降水以及亚丁湾-红海质量交换对红海质量变化的影响。红海地区单一的温盐数据存在覆盖不全或质量不佳的问题，综合CORA、SODA与ORAS4温盐数据估算结果得到平均比容海平面变化，以改善比容信号的精度。针对GRACE数据处理过程中截断与空间平滑滤波引起的泄漏误差，提出改进尺度因子纠正泄漏误差，利用卫星测高数据进行模拟实验验证了改进尺度因子的有效性。利用传统尺度因子和改进尺度因子反演的红海质量变化周年振幅分别为16.1±1.3 cm和20.5±1.7 cm，利用卫星测高和温盐数据估算的质量变化周年振幅为20.2±1.0 cm，表明改进尺度因子可有效减小泄漏误差的影响，改善GRACE模型反演红海质量变化的精度。卫星测高、GRACE卫星重力数据以及平均温盐数据具有较好的一致性，联合GRACE和温盐数据估算的红海综合海平面变化周年振幅为16.6±1.7 cm，与卫星测高估算的总海平面变化周年振幅（16.2±0.9 cm）基本一致，表明多源数据可构成完整的红海海平面监测手段。相比于降水-蒸发作用，红海质量变化受红海与亚丁湾的海水质量交换的影响更为显著，其主导了红海质量的季节性变化。     

利用卫星测高与验潮站数据监测越南近海海平面变化

利用卫星测高和验潮站资料计算分析了越南近海海平面变化。结果表明,两种数据得到的海平面变化过程具有很好的同步性,其中,由测高数据计算得到的1993-2015年越南近海整体上升速率为3.18 mm/a,沿岸验潮站海平面上升速率为4.1 mm/a。在整个验潮站观测时段,越南沿海海平面呈上升趋势,平均上升速率为3.02 mm/a。越南近海海平面表现为较强的季节性特征,在红河和湄公河三角洲沿岸地区,极易受到风暴潮和洪水等季节性气候的影响。