南海中尺度涡的季节和年际变化特征分析

以11a(1993—2003年)TOPEX/Poseidon、Jason和ERS1/2高度计的融合资料为基础,统计了南海中尺度涡的时空分布,分析了南海中尺度涡的季节和年际变化,并结合QuikSCAT、ERS1/2风场资料初步探讨了南海中尺度涡形成的可能机制。研究结果表明,南海中尺度涡存在明显的季节和年际变化,而季风强迫是这种变化的主要驱动因素。冬季冷涡(气旋涡)主要分布在吕宋岛西北和越南东南海域,而暖涡(反气旋涡)主要在18°N以北出现。春季暖涡在南海中部开始出现并得到充分发展。夏季暖涡明显多于冷涡,暖涡主要分布在越南东南和吕宋岛西北海域,而冷涡分布于越南以东和南海东北部。秋季冷涡主要分布在越南沿岸,暖涡则分布在南海东北部;11a海面高度异常均方根的时空分布变化也显示了南海中尺度涡存在较强的年际变化。     

南海中尺度涡强度的季节和年际变化分析

为了研究南海中尺度涡强度的季节和年际变化规律,利用Matlab提取50 a(1958~2007年)简单海洋资料同化(Simple Ocean Data Assimilation,SODA)月平均数据集中流场和海表面高度场数据,应用一个涡旋自动探测算法对南海中尺度涡初始生成位置进行分析,并分析了海表面高度异常均方根值的季节变化和年际变化。结果表明:50 a里南海中尺度涡主要分布在吕宋岛西北海域、吕宋岛西南海域和越南以东广大海域,秋、冬季中尺度涡能量较高,春季中尺度涡最弱,中尺度涡强度高值区年际变化明显。从季节变化上看,海面高度异常均方根春、夏季最小,秋冬季最大;从年际变化上看,与同时期Nino3指数有显著负相关,周期大约为3 a。     

南海东北部海域中尺度涡的季节和年际变化

采用7a的T/P高度计资料对南海东北部海域海面高度异常及其季节变化和年际变化进行研究。研究表明该海域是中尺度涡的高能量区,尤其经常生成强的反气旋涡;海面高度异常的均方根高值区(即中尺度涡的高能量区)主要分布在台湾西南部(21.3°N,119.0°E)和吕宋岛西北(19.5°N,119.5°E)附近的深水海域;海面高度异常的均方根值随季节有明显的变化,春季是中尺度涡最弱的季节,均方根值最小,夏季次之,秋、冬是中尺度涡最强的季节,均方根值最大;海面高度异常的均方根值也表现出显著的年际变化,特别在ElNi no事件期间(1997年)其年均方根值最小。     

北太平洋中尺度涡时空特征分析

利用1993~2011年19 a的AVISO卫星高度计资料研究了北太平洋(10°~60°N,120°E~100°W)中尺度涡的时空分布特征,结果表明:北太平洋每年约产生1 800余个涡旋,其中气旋涡稍多。北太平洋东部沿岸、西北沿岸、黑潮延伸体北侧、副热带逆流区是中尺度涡的高发区,春、冬季是涡旋的高发季节。涡极性分布以35°N为界,北部多反气旋涡,南部多气旋涡。涡旋半径以100 km左右为主,并且基本随纬度升高而减小,涡旋数量随着周期增长而急剧下降。反气旋涡的平均半径和周期均大于气旋涡。利用Argo浮标剖面资料分析的6个个例涡旋的垂直结构显示,每个涡旋都有其独特的冷暖核结构,深度不同。研究结果对于分析北太平洋涡动能分布及传输具有一定的参考价值。     

北太平洋Hadley 环流纬向结构的季节和年际变化

为了描述北太平洋上空Hadley 环流的纬向结构特征, 利用NCEP 再分析资料(1979～2010 年), 研究了北太平洋上空Hadley 环流纬向结构的季节和年际变化。发现在西太平洋, Hadley 环流季节性上升支呈西北-东南倾斜, 其垂向核心位于对流层中层, 纬向核心在北半球冬季(夏季)位于日界线附近(150°E); 而永久性上升支主要在东太平洋, 其垂向核心位于对流层低层, 且沿经度东移逐渐增强。根据纬向环流结构特征, 北半球冬季环流形态分为3 个区域: 160°E 以西, 主要表现为低层辐合高层辐散;160°E～130°W, 主要表现为高层辐合; 130°W 以东, 表现为低层辐合高层辐散特征。相似地, 北半球夏季环流形态也可沿纬向分为如下3 个区域: 165°E 以西、165°E～165°W 和165°W 以东, 分别对应东亚夏季风主导经圈环流区、过渡区、Hadley 环流主导经圈环流区。在年际变化上, 北太平洋Hadley 环流与ENSO 有很强的相关, 这与前人的研究是一致的。因此北太平洋上空Hadley 环流具有显著的空间性态, 并且对应时间尺度不同, 影响其变化的主要因素也不尽相同。     

安达曼海中尺度涡季节变化分析

利用 AVISO 提供的中尺度涡数据集,对1993–2019年间安达曼海中尺度涡的涡旋特征、运动规律及其季节变化机制进行统计分析。结果显示,27年间安达曼海共出现中尺度涡328个,其中反气旋涡（171个）多于气旋涡（157个）,主要分布在中西部盆地深水区。涡旋平均寿命为46.4 d,平均半径为111.8 km,平均振幅为4.7 cm,平均最大转速为24.8 cm/s,平均移动速度为15.0 cm/s,反气旋涡的平均半径、振幅和转速均大于气旋涡,而移动速度小于气旋涡。涡旋的半径、振幅和最大转速在其生命周期中都经历了先增大后减小的过程,移动速度则先减小后增大。在季节变化方面,反气旋涡和气旋涡性质冬夏对比呈现“跷跷板”现象,即夏季气旋涡比反气旋涡更多更强更大,冬季则反气旋涡更多更强更大;涡旋分布位置,夏季从北向南呈“气旋–反气旋–气旋”的极性反转交替分布,冬季则与之相反。动力机制分析显示,背景流场涡度可能影响安达曼海涡旋极性交替分布,正（负）涡度背景流利于气旋（反气旋）涡存在。涡旋能量变化机制显示,风强迫是安达曼海涡旋主要能量来源,风场能量输入与涡旋动能的季节变化吻合。     

北太平洋热带辐合带区上升运动的季节和年际变化特征

本文利用NCEP/NCAR再分析资料研究北太平洋热带辐合带区上升运动(ITCZω)强度和位置的垂直结构及其季节和年际变化。结果表明,气候平均态下西(东)ITCZω在高(低)层最强,低(高)层最弱,其位置随高度不变(偏北)。西ITCZω在8月最强,9月位置最北,2月最弱,位置最南;东ITCZω在8、9月最强,9月最北,2、3月最弱,位置最南,但中、高层的ω在11月也很弱。ITCZω强度最强(弱)的时间一般与位置的快速北跳(快速南撤)的时间相对应,并且有位置变化超前强度变化的表现。通过对ω气候值和异常值的经验正交函数分解,发现气候值EOF第一模态能很好的反映ITCZω的基本气候状态,具有准半年周期,第二模态反映了ITCZω的季节变化特征;异常值EOF第一模态空间场呈现东西反位相的特征,时间序列的功率谱分析最明显的周期为4.8 a。西ITCZω强度在厄尔尼诺年偏弱,拉尼娜年偏强;东ITCZω位置在厄尔尼诺年偏南,拉尼娜年位置则偏北。总体上ENSO事件对东ITCZω位置影响较大,而对西ITCZω强度影响较大。     

北太平洋中尺度涡温度垂直结构区域差别分析

利用在北太平洋海域(120°E~100°W,10°~60°N;)19a间(1993—2011年)识别追踪出的中尺度涡,结合该区域内的Argo浮标资料,初步探索了北太平洋不同区域之间涡旋垂直温度结构的差异性。通过对比北太平洋4个小区域(副热带逆流区域、黑潮延伸体区域、亲潮区域、东部加利福尼亚沿岸区域)内的涡旋发现:每个区域内气旋涡和反气旋涡的垂直温度结构具有很大的相似性,但不同区域之间则略有差异。其中黑潮延伸体区域跟其它区域的中尺度涡垂直温度结构有较大差别,该区域内中尺度涡温度异常值明显大于其它区域,冷暖核的深度比其它区域要深,并且从100~600 m的深度上都有较大的温度异常。     

南海中尺度涡年际变化特征及动力机制分析

基于Okubo-Weiss函数方法对20年高度计资料进行涡旋识别,分析了南海中尺度涡的时空分布,初步研究了中尺度涡旋活动的年际变化特征及其可能的动力机制。结果显示,南海中尺度涡旋活动具有较为显著的年际变化特征,通过对涡旋个数、涡区面积、涡动能计算分析表明涡旋活动与ENSO现象遥相关:南海中尺度涡活动在ElNio年较弱,在LaNia年较强。可用风场异常解释南海中尺度涡的年际变化与ENSO现象的负相关关系。ElNio期间南海年平均意义下的东北风场减弱,风应力旋度绝对值减小,从而导致了较弱的涡旋活动,相反LaNia期间强劲的风场导致了涡旋活动增强。     

北印度洋净热通量的季节、年际和年代际变化

根据月平均热通量(TropFlux)资料,使用相关分析和线性倾向估计以及经验正交分解(EOF)等方法,标记5个特征海区,以反映北印度洋净热通量的季节、年际和年代际变化特征。结果显示：冬季阿拉伯海失热区比孟加拉湾失热区失热多;夏季只有亚丁湾海域失热,斯科特拉区得热量值和赤道区相当。北印度洋净热通量季节分布呈现春季峰值大于秋季的双峰分布。近些年来,阿拉伯海和亚丁湾海域失热减小,孟加拉湾失热增多,赤道得热有下降的趋势。阿拉伯海、孟加拉湾和亚丁湾失热区净热通量的季节、年际和年代际变化主要由潜热和感热决定,亚丁湾夏季失热还与长波辐射有关。冬季净热通量异常场分解出3个独立模态,累计贡献率可达53.87%,第一模态为主模态,阿拉伯海失热区失热减少、孟加拉湾失热区失热增多的年代际变化特征。夏季净热通量异常场前3个模态的累计贡献率为57.42%,第一模态为主模态,北印度洋全场一致性得热,且以热带印度洋西部为最强的年代际变化。     

太平洋海气界面净热通量的季节、年际和年代际变化

根据 COADS资料 ,使用经验正交分解 (EOF)等分析方法 ,研究了北太平洋海气热通量的季节、年际和年代际变化特征。分析结果表明 :北太平洋海洋夏季净得热 ,冬季净失热 ,且黑潮及其延伸体区失热最大。净热通量年际变化较明显 ,北太平洋西部模态水形成区冬季净热通量和副热带失热区春季净热通量的年际变化都主要依赖于潜热和感热通量的年际变化。夏季净热通量的低频变化中心在热带 ,冬季低频变化中心在黑潮及其延伸体区。冬季赤道东、西太平洋净热通量异常的年际变化相反 ;在热带北太平洋中部年际变化达到最大。夏季热带太平洋是净热通量异常的年际变化最大的海域 ,沿赤道两侧在 16 5°E处呈偶极子型分布。     

西北太平洋副热带逆流与模态水的季节变化和年际变化

本研究依据2004—2011年Argo观测资料的数据,对西北太平洋副热带逆流(STCC)和副热带西部模态水(STMW)的季节和年际变化进行了分析,探索了不同时间尺度上STCC强度和STMW体积变化的对应关系。研究结果再一次表明:北太平洋副热带环流中存在南、北两支向东的副热带逆流(STCC),这2支逆流分别位于18°~20°N和23°~25°N纬带,月平均流速在5~20cm·s-1。而位于西北太平洋温跃层内的低位势涡度(PV小于2.0×10-10 m-1·s-1)的STMW主要出现在140°~170°E,25°~31°N的海域,介于25.0~25.6σθ等位势密度面之间,核心位势密度为25.3σθ。日界线以西的2支STCC强度和STMW体积都存在较显著的季节变化和年际变化。2支STCC强度的季节变化相类似,在5—7月中都较强,在11月较弱,这与前人提出的STCC在春季最强略有差异。STMW的体积在4—8月较大,9月后开始减小,该现象证实了在季节变化中STMW体积的增加和减少可以影响STCC的增强和减弱。2支STCC强度的年际变化几乎没有一致性,但STMW体积和局地风应力旋度的年际变化与STCC北支强度年际变化关系更密切。     

孟加拉湾中尺度涡的总体特征与季节变化

采用AVISO提供的中尺度涡最新数据集,分析了孟加拉湾1993—2016年中尺度涡的总体特征和季节变化。结果表明:研究期间在孟加拉湾共有822个气旋涡,731个反气旋涡,主要分布在湾北部(15°N以北海域)和安达曼海。涡旋生命周期以28～59 d为主,平均振幅为7. 5 cm,平均半径为119. 6 km。在纬度变化上,涡旋振幅随纬度的增加有两个峰值,分别位于6°～9°N和15°～20°N之间,而涡旋半径随纬度增加而减少。涡旋的振幅、半径在随生命周期演变过程中生长过程较慢,消散过程较快。气旋涡和反气旋涡主要是向西移动,且均以向赤道方向偏移为主。在季节变化上,孟加拉湾较长生命周期(60 d以上)的中尺度涡具有明显的季节变化,春季生成的涡旋数量最多,冬季次之,夏季最少。通过合成分析得出风应力旋度是孟加拉湾中尺度涡季节变化的主要原因,而沿岸Kelvin波激发的西传Rossby波对涡旋的产生也有一定影响。涡动能分析表明,涡动能的高值区主要位于海盆的西边界和斯里兰卡东部海域,同时,在冬季、春季海盆的西边界和夏季、秋季海盆的北部涡旋活动较多的区域对应着较大的涡动能。     

北太平洋热带水体积的年际变化及其变化机制

利用EN4(the UK Met Office EN4.2.1 analyses)盐度数据发现北太平洋副热带高盐中心——北太平洋热带水(NPTW)的海表面积与体积在2000—2008年、2014—2017年存在下降趋势,2008—2014年期间存在上升趋势,进一步的研究表明,这些变化与太平洋年代际震荡(PDO)的位相转换紧密相关。利用淡水通量数据以及ECCO2(Circulation and Climate of the Ocean, Phase II)流场数据计算分析后表明,淡水通量对NPTW的变化贡献较小,而水平输运对NPTW的表面积以及体积变化贡献较大,这与PDO正(负)位相期间北赤道流(NEC)的向北(南)摆动有关。     

北太平洋经向热输送的季节变化

利用1958-2007年间的月平均SODA资料,较系统地研究了北太平洋经向热输送的基本特征和季节变化,并探讨了热输送季节变化的可能原因.结果表明,北太平洋经向净热输送的季节变化具有明显的区域性特征,在14°N以南海域热输送的季节变化较显著,而在14°N以北海域则较小;北太平洋经向净热输送的季节变化在很大程度上是由同一纬...     

北太平洋经向盐量输送的季节变化

利用1958—2007年间的月平均SODA (Simple Ocean Data Assimilation/海洋同化数据)资料,较系统地研究了北太平洋经向盐量输送的基本特征和季节变化,并探讨了盐量输送季节变化的可能原因.结果表明,北太平洋净经向盐量输送的季节变化具有明显的区域性特征,在14°N以南海域盐量输送的季节变化较显著,而在14°N以北海域则较小;北太平洋净经向盐量输送的季节变化在很大程度上是由同一纬度上 Ekman 盐量输送和中东太平洋经向盐量输送的季节变化引起的.     

北太平洋风海流季节变化的数值模拟

用绝热表层风海流模式,以1949～1979年COADS资料,研究北太平洋表层风海流及相应水位场随季节变化的特点、某些特定年表层风海流的异常。模式采用二次动量守恒的有限差分方法,保证了计算稳定性。在数值积分中考虑了陆界、水界条件和近岸地形对风海流及水位场的影响。计算表明:模式反映了北太平洋主要流系的季节变化规律,能较敏感地反映上层海洋对大气动力作用的响应。给出了北太平洋主要流系的强弱与黑潮大弯曲的对应关系。     

太平洋东南海域海面高度的季节及年际变化特征

利用1992～2001年Topex/Poseidon卫星高度计遥感资料分析了太平洋东南海域 (5°～55°S ,70°～110°W)海面高度的季节及年际变化特征。研究结果表明 ,海区海面高度的季节变化总体上受太阳辐射季节变化的影响 ,南半球夏季 (1～3月 )和秋季 (4～6月 )大致为正距平 ,而冬季 (7～9月 )和春季 (10～12月 )大致为负距平 ,1996～1998年除外 ;同时 ,受季节性风场、海区罗斯贝波等的影响 ,海面高度变化的区域特征性很强。海面高度的年际变化在低纬处和沿岸还受ElNino影响。     

北太平洋850和500hPa夏季副热带高压的年际和年代变化

利用NCEP\NCAR再分析位势高度场资料和Hadley中心SST资料,将北太平洋500和850hPa夏季副热带高压异常变化结合在一起进行了分析,发现夏季500和850hPa副高的位置和强度的年际和年代变化都有明显差异,并且850hPa副高远比500hPa副高稳定。上下两层除了同时增强和同时减弱外,还存在着500hPa增强850hPa减弱,以及500减弱850hPa增强等不同类型。相关分析表明,夏季500和850hPa副热带高压年际和年代异常变化与同期不同海区海表温度(SST)异常之间存在明显的关系。     

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.