海平面上升——悄然发生的海洋灾害

近日,格陵兰岛冰盖迅速融化引起了全球关注。美国宇航局的卫星数据显示,在2012年7月8日-12日的短短5天内,整个格陵兰岛冰盖表层融化面积已达97%,如此惊人的融化速度大大超出此前历史上的所有记录。科学家怀疑这是全球气候变暖所导致的。本期,我们来共同关注全球变暖与海平面上升。     

三沙市海域海平面变化

使用1993-2011年的台站和卫星高度计资料详细分析了三沙市海域近19 a的海平面变化特征及规律。结果表明:三沙市周边海域海平面存在明显的季节变化,且区域特征明显。海平面变化除了明显的年和半年周期,2~3 a、4~7 a和准9 a的周期也较显著。海平面长期变化呈现明显的波动上升趋势,且空间分布上区域特征显著,西沙群岛南部海域海平面上升趋势最强,西沙群岛北部与中沙群岛西部次之,南沙群岛东部海平面上升速率较快,南沙群岛西部上升趋势最弱。受大气环流等异常气候事件的影响,1998年和2010年海平面的年际变化波动较大,年变化振幅显著偏高。未来三沙市海平面将继续上升,预计2030年、2050年、2070年和2100年海平面将比常年分别升高约11 cm、20 cm、30 cm和45 cm。     

对美国潮位观测数据核定的研究及应用

在全球变暖的大背景下,海平面上升已经成为全球性的重大环境问题。海平面上升分析预测结果的可靠性直接源于观测资料数据集的质量。本文以站位数量较多、站位分布较广、历史资料序列较长的美国为例,详细介绍了典型站潮位观测数据的核定分析及初步应用。通过借鉴使用其他国家资料核定及分析方法,结合我国验潮站分布情况及资料状况,建立一套连续、基准面统一的海平面观测资料,对于我国的海平面上升和气候变化研究工作具有重要意义。     

中国沿海海表温度均一性检验和订正

利用惩罚最大T检验（Penalized Maximal T test，PMT）方法，选取均一的邻近气象站为参考站，基于月平均地面气温（SAT）资料，利用相关系数权重平均方法构建参考序列，同时结合元数据信息，对1960-2011年中国沿海27个海洋观测站月平均海表温度（SST）进行了均一性检验与订正，并分析了造成海表温度序列非均一的主要原因。结果表明，中国沿海海洋台站海表温度资料存在较为严重的非均一性问题，几乎所有的台站都存在断点，仪器变更（包括人工观测转自动观测）（占总断点数的52.4%）和迁站（占总断点数的33.3%）是造成序列非均一的主要原因。整套资料负订正量所占比例较高，这种负订正量与人工转自动观测后海表温度观测值偏低有密切关系。这也使得订正后中国沿海平均海表温度趋势与订正前存在明显差异，订正后中国沿海海表温度呈明显的加速上升趋势。     

利用伴随法优化非线性潮汐模型的开边界条件Ⅱ.黄海、东海潮汐资料的同化试验

本研究基于最优控制理论,采用变分数据同化法,通过建立伴随模型,把观测资料同化到陆架海域潮汐数值模型中去,优化开边界条件,以便提高数值预报的精度.潮汐模型的控制方程为考虑平流项、非线性底摩擦和侧向涡动粘性项的非线性浅水方程组.在第Ⅰ部分建立伴随模型和进行“孪生”数值试验的基础上,给出利用验潮站的水位资料以及TOPEX/Poseidon卫星测高数据在黄海、东海进行变分数据同化试验的数值结果.试验表明利用上述资料对模型进行变分同化校正是可行的.     

用TOPEX/Poseidon资料研究南海潮汐和海面高度季节变化

采用引入差比关系法对南海TOPEX/Poseidon卫星高度计算资料进行了潮汐分析；根据所得潮汐调和常数对卫星高度计测得的海面高度进行潮汐订证，进而得到南海各季节的海面高度距平。结果表明，南海冬、夏季季风强盛期海面高度距平位相相反，南海中部夏季为正距平，且有2个正距平中心；冬季为负距平，且有2个负距平中心。春、秋季是不同的季风过渡期，海面高度距平分布也明显不同：南海中部春季为正距平，且只有1个正距平中心；秋季为负距平，且只有1个负距平中心。研究表明，长周期分潮Sa和Saa的叠加值可以很好地逼近南海海面高度距平。根据平均海面和海面高度距平得到了合成的海面高度和地转流场，发现南海表层地转流总体上是气旋式的；秋、冬季表层环流的西向强化十分明显，春、夏季较弱；冬季黑潮通过吕宋海峡进入南海北部，夏季基本上没有进入南海。     

用信号奇异度确定边界的数值方法

根据测量信号在边界处具有奇异点这一特点,以Ｌｉｐｓｃｈｉｔｚ指数α定量刻划信号在奇异点处的奇异程度,利用小波分析的“变焦距”特性分析测量信号,确定奇异点的位置并计算相应的奇异度Ｌｉｐｓｃｈｉｔｚ指数α,最后将α值相等或相近的奇异点顺序连接作为外界。     

用伴随法优化非线性潮汐模型的开边界条件Ⅰ.伴随方程的建立及“孪生”数值试验

本研究采用基于最优控制理论的伴随法,把观测资料同化到陆架海域潮汐 数值模型中去,优化开边界条件,提高数值预报的精度．潮汐模型的控制方程为考虑 平流项、非线性底摩擦和侧向涡动粘性项的非线性浅水方程组;采用Ｌａｇｒａｎｇｅ乘子 法建立了伴随模型．研究分两部分：第一部分即本文,建立非线性浅水方程模型的伴 随方程、给出目标函数的梯度,并实现“孪生”数值试验;第二部分另文给出．     

变分伴随数据同化方法在断面海温数值计算中的应用研究

以二维断面海温分布模型为例,利用海温实际观测数据,将变分伴随方法应用于断面海温初始场的优化。讨论了变分伴随方法的基本思想,分别从模型方程的连续和离散形式出发推导伴随模型系统,并对这两种途径建立的伴随系统之间的相互关系进行了分析。数值试验的结果表明了变分伴随数据同化方法在海温数值计算和数值预报业务中的良好的应用前景。     

ENSO对中国近海海平面影响的区域特征研究

使用卫星测高、海表温度以及中国沿海台站水位等数据，分析研究了ENSO对中国近海海平面影响的区域特征。结果表明:（1）赤道东太平洋海表温度与我国近海海平面存在显著的遥相关关系。相关系数自北至南呈梯度递增，分为3个影响明显的区域，分别是渤、黄海、东海和南海海域。南海海平面异常与赤道东太平洋区域的海表温度异常相关性最强，大部分区域的相关系数超过了0.6；东海海域海平面异常与赤道东太平洋海表温度的遥相关系数弱于南海，强于渤、黄海，大部分海域的遥相关系数超过了0.4；渤、黄海海域海平面异常与赤道东太平洋海表温度的遥相关系数最弱，但是大部分海域的遥相关系数超过了0.3，通过了显著性检验。（2）中国沿海海平面的季节变化与ENSO有明显的相关关系，且影响范围具有明显的区域特征，以长江口和台湾海峡为分界线分为长江口以北、长江口到台湾海峡以及台湾海峡以南3个区域。海平面的年振幅在厄尔尼诺年均出现偏低的现象，并且年振幅的极小值均出现在厄尔尼诺年。另外，海平面的年振幅对厄尔尼诺事件的响应与其强弱有关，在强厄尔尼诺事件中，响应区域和幅度较大，弱事件中，响应区域和幅度偏小。（3）南海、东海和渤、黄海这3个区域沿海的海平面变化均存在4~7 a的显著振荡周期，说明这3个区域的海平面均受ENSO的影响。其中，南海7 a周期的振荡幅度最大，约为1.5 cm；东海7 a周期的振荡幅度次之，约为1.3 cm；渤、黄海6 a周期的振荡幅度最小，不到1 cm。