全球百年海表面温度年际和年代际变化特征分析

利用100 a(1903—2002年)HadiSST的逐月资料,将全球海表面温度异常(SSTA)作为整体进行经验正交函数分解(EOF分解),提取了控制各大洋SSTA的主导模态和各大洋之间的联合模态,分析了相应的空间分布和时间序列。研究结果表明:SSTA变化最剧烈的海区是赤道中东太平洋、西北大西洋湾流海区和北太平洋黑潮延伸体海区。热带太平洋厄尔尼诺和南方涛动是主导模态并具有2~7 a周期的年际变化;SSTA变化第二主模态和第三主模态都是以大约70 a为周期的年代际变化为主的跨大洋联合模态。第二主模态的空间分布主要表现为中纬度北太平洋和北大西洋反位相、热带太平洋与大西洋反位相的太平洋-大西洋双偶极子型分布。SSTA变化的第三模态主要呈现南北半球海洋反位相的特征,为北太平洋-北大西洋-南大洋联合模态。第四模态基本上是反映各个不同海域特有的局地海洋-大气相互作用模态,该模态的时间序列具有1~4 a周期的年际变化和约9 a周期的年代际变化。     

20 世纪热带海洋海表面温度年际变化的特征

利用Hadley中心海冰和海表面温度资料集Had ISST和美国国家海洋大气管理局的扩展重建海温(ERSST)海表面温度(sea surface temperature,SST)观测数据,结合政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change,IPCC)中CMIP3(Coupled Model Intercomparison Project 3)的24个耦合模式的模拟结果,通过经验正交函数(EOF)分解等方法,对20世纪热带海洋在的SST年际变化进行了分析。结果表明,20世纪热带海洋年际变化的主要规律是ENSO信号,且有持续增强的趋势;热带海盆间存在显著的SST梯度,其长期变化与热带东太平洋显著相关。本文结论有利于理解在全球变暖背景下,海盆间的相互作用对赤道海域气候改变的影响。     

渤、黄、东海海表面温度年际变化特征分析

将渤、黄、东海海表面温度作为一个整体场,研究其年际变化特征,并进一步探讨其与东亚季风场年际变化特征的关系.利用美国NOAA极轨卫星中的高级甚高分辨率辐射计(AVHRR)反演的海表面温度资料,采用EOF方法分冬夏两季对渤、黄、东海SST的年际变化做了初步分析,发现渤、黄、东海SST存在显著的年际变化周期,冬季存在5 a的显著变化周期,夏季存在4 a的显著变化周期,并研究了东亚季风场的年际变化对SST变化产生的影响.发现冬季日Nin0年东亚寒潮活动弱于La Nina年,El Nino年SST较La Nina年偏高;夏季El Nino.年东亚夏季风活动弱于La Nina年,El Nino年SST较La Nina年偏低,但是趋势不如冬季明显.     

印度洋-太平洋海表温度年际变化的联合模态

利用1870～2004年的HadiSST的月平均海表面温度(SST)资料,对去除了全球增暖趋势的印度洋-太平洋海表温度异常(SSTA)作季节经验正交函数(Season-reliant Empirical Orthogonal Function, S-EOF)分解,得到了印度洋-太平洋海表温度年际变化的2个联合模态,并且分析了与之相对应的大气环流特征.结果表明:低频的厄尔尼诺/南方涛动(ENSO)是控制印度洋-太平洋的主导模态,能使赤道印度洋维持一异常反气旋性环流,削弱印度洋夏季风的作用并且将东印度洋暖池的暖水输送到西印度洋,印度洋SSTA在一年四季中都出现全海盆同号变化,因此,第一主模态是ENSO的低频模与印度洋海盆一致模的联合模态;第二模态表现为太平洋上准2 a的ENSO位相转换模与印度洋偶极子模的联合模态,ENSO的位相转换发生于春季,与季风的异常转换有关,印度洋上出现异常的气旋性环流,叠加在印度洋夏季风上,增大东西印度洋的温差,在秋季出现西低东高的偶极子型海温分布,印度洋夏季风和这个模态的产生发展有很大的联系.     

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。     

热带印度洋降水的年际变化特征分析

对热带印度洋海区逐月降水资料的分析表明,热带印度洋海区降水年际变化的主要特征表现为东、西方向反位相的偶极子模态,该模态与热带印度洋海区低空纬向风场异常有较强的相关,并且与太平洋ENSO事件存在显著相关。另外对偶极子型降水主要模态的周期分析表明,偶极子型降水距平还存在1.5 a和4 a左右的变化周期。     

北太平洋海表面温度的年际变化特征及其与东亚气候的相关关系

本文利用了EOF方法分析了1951-1980年北太平洋(包括赤道东太平洋)海表面温度各月逐年的年际变化特征。分析的结果表明:(1)冷暖洋流区也就是北太平洋暖流区,加利福尼亚寒流区、赤道东太平洋海区的收敛速度最快,其次是冬季黑潮和西部北赤道暖流区。(2)空间特征向量场前3项的物理意义非常清楚,第一特征向量场表示海温场南高北低沿纬度分布的特征,分为西北部和东南部两大反相的区域,零线的走向呈东北东-西南西。第二特征向量场分成了三块区域,零线的走向仍呈东北东-西南西。中间是正区,南、北分别是以赤道东太平洋和北太平洋暖流区为中心的负区,突出了这两大海区的作用,第三特征向量场北面是以北太平洋暖流区为中心的负区,而东南、西分别是以加利福尼亚、赤道太平洋和黑潮三大洋流区为中心的正区,中央太平洋是弱的负区。(3)由时间振幅系数分析得到的SST的各月逐年的变化特征,五十年代具有5-6年、六十一七十年代具有2-3年的准周期振荡,并且海温的这些固有变化特征与东亚气候有密切的关系。     

印度洋赤道潜流年际变化特征及其与印度洋偶极子的联系

印度洋赤道潜流(equatorial undercurrent,EUC)是赤道流系的重要组成部分,对印度洋物质输运和能量交换有着重要意义.基于SODA 3.4.2海洋再分析数据,对印度洋EUC的三维空间结构和年际变化特征进行分析,并揭示其年际变率与印度洋偶极子(Indian Ocean dipole,IOD)的联系.结...     

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.     

GFDL模式对太平洋海表面温度的年际和年代际变率的模拟评估

为评估美国地球物理流体动力学实验室(Geophysical Fluid Dynamics Laboratory,GFDL)模式CM3、ESM2M和ESM2G对太平洋海表面温度的年际和年代际变率的模拟能力,本文利用GFDL历史试验模拟结果和美国海洋大气局(National Oceanic and Atmospheric Administration,NOAA)提供的扩展重建的海表温度(Extended Reconstructed Sea Surface Temperature,ERSST)资料,比较模式模拟和观测的厄尔尼诺-南方涛动(El Ni?o-Southern Oscillation,ENSO)和太平洋年代际振荡(Pacific Decadal Oscillation,PDO)的时空分布、周期及可预报性等。结果表明:三个模式均可以较好地模拟太平洋主要年际信号ENSO和年代际信号PDO,ESM2G对ENSO的模拟最好,CM3对PDO的模拟与观测更为接近。研究结果为进一步利用模式探讨ENSO和PDO的物理机制提供可能的参考。     

利用西北印度洋船测数据评估基于卫星的海表面温度

本文描述了一次夏季在西北印度洋进行的调查船水文测量,用船测数据评估卫星海面表温度,并寻找影响海表面温度误差的主要因素。我们考虑了两种卫星数据,第一种是微波遥感产品——热带降雨测量任务微波成像仪TMI数据,另外一种是融合了微波,红外线,以及少部分观测数据的融合数据产品——可处理海表温度和海冰分析OSTIA数据。结果表明融合数据的日平均海表面温度的平均误差和均方根误差都比微波遥感小。这一结果证明了融合红外线遥感,微波遥感以及观测数据来提高海表面温度数据质量的必要性。此外,我们分析了海表面温度误差与各项水文参数之间的相关关系,包括风速,大气温度,想对湿度,大气压力,能见度。结果表明风速与TMI海表面温度误差的相关系数最大。而大气温度是影响OSTIA海表面温度误差最重要的因素;与此同时,想对湿度与海表面温度误差的相关系数也很高。     

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。     

中低纬度海表面温度日变化特征分析

针对海表面温度日变化幅度,基于观测数据,建立经验诊断模型。利用30 a再分析数据计算得到时间跨度为30 a、水平分辨率约为0.3°的DSST逐日数据集,并对DSST时空变化规律进行了分析。分析表明:DSST空间变化明显,北半球的平均DSST高于南半球。DSST具有明显的季节变化,西太平洋暖池区域在秋季DSST值域较大,东太平洋则四季均具有较大的DSST;热带大西洋全年整体DSST变化不明显;印度洋由于受季风影响,阿拉伯海和孟加拉湾的DSST值域夏季小于冬季。太阳短波辐射和风速因素是造成上述特征的主要原因。DSST 30 a的异常值长期变化不大,但年际振荡明显,整体年际变化异常趋势存在下降趋势。DSST与ENSO事件具有较好的相关性。     

赤道东印度洋次表层高盐水的年际变化

本文利用2010—2019年东印度洋海洋学综合科学考察基金委共享航次数据、Argo(array for real-time geostrophic oceanography)和简单海洋再分析数据(simple ocean data assimilation,SODA),研究了赤道东印度洋次表层高盐水(subsurface high salinity water,SHSW)的年际变化,并探讨了其形成机制。仅限于春季的观测资料显示,来自阿拉伯海的高盐水位于东印度洋赤道断面次表层70～130m深度处,且具有显著的年际变化。基于月平均SODA资料的研究结果表明,不同时期SHSW盐度异常的变化趋势存在显著差异,2010—2015年趋势比较稳定,而2016—2019年则呈现出显著的上升趋势。通过对SHSW的回归分析表明,风场和次表层纬向流是控制该高盐水年际变化的主要因子。进一步的分析表明,赤道印度洋的东风异常导致水体向西堆积,产生东向压强梯度力,进而激发出次表层异常东向流,最终引起SHSW盐度异常升高。此动力关联在印度洋偶极子事件中尤为显著,这进一步反映了赤道东印度洋SHSW的年际变化受到印度洋偶...     

运用CSEOF方法分析南海表面温度季节与年际变化

本文基于粗分辨率卫星数据和中尺度分辨率ROMS模型数据,通过一种较新的循环平稳经验正交函数(CSEOF)方法,分析南海表面温度的季节变化与年际变化,其中南海表面温度的第一模态和第二模态分别代表南海温度的季节变化信号和随ENSO变化的信号。卫星与模型的第一模态的空间分布较为一致,南海北部相对南部具有更强的季节变化,第一模态时间序列主成分与Nino3指数具有一定相关性,但相关系数小于30%。卫星与模型第二模态时间序列主成分与Nino3相关性较高,均大于50%,落后Nino3指数7个月。通过对比模型与卫星结果发现,中尺度过程的引入仅使第二模态空间分布更为复杂,而对第一模态的季节变化及与ENSO信号的相关性并没有显著影响。赤道太平洋温度异常通过大气环流无延迟的影响南海的云层覆盖和蒸发,进而影响南海表面的短波辐射和潜热通量,混合层中垂向混合和夹带过程可能是阻碍南海表面温度过快响应净热通量改变的原因。     

北印度洋越赤道经向翻转环流的年际变化

利用50a(1950~1999)的SODA资料对北印度洋(7°S以北)越赤道的经向翻转环流及其年际变化进行了研究。结果表明,就年平均而言,上层向北的入流在越过赤道后最终通过Ekman层向南返回构成环流圈;在赤道附近的混合层,表层存在与Ekman流相反的流动。向北的入流主要通过西边界流实现,深度可达500m,向南的流动在西部较强。此环流有很明显的年际变化,周期约为4a;它的变化与海面风应力的变化是密切相关的。提出了反映此环流年际变化的2个指数。     

热带西南印度洋上升流区季节和年际变化研究及与印太系统海气相互作用

用59年Ishii再分析温度资料,讨论了热带西南印度洋(SWTIO)上升流区的季节和年际变化以及与上升流区有关的温度距平的变化,同时分析了其与热带印太海气系统的关系,结果显示SWTIO 上升流在南半球冬、夏季比较强,春季最弱。它的范围在5°~1°S,在东西向从50°E可以伸展到90°E。该上升流区的变化与温跃层的温度距平有密切的关系,并存在明显的5 a振荡周期。SWTIO上升流区温度距平的5 a周期振荡是由热带东印度洋温度距平在最大垂直温度距平曲面(MTAL)上向西沿着11.5°~6.5°S传播过来的,它与热带太平洋的温度距平传播方式不同。SWTIO上升流是热带印太海气系统的一个重要组成部分,印度洋偶极子 超前SWTIO上升流区温度变化5个月,最大相关系数达到0.57,NINO3区指数超前SWTIO上升流区指数2个月达到0.49。当热带印太区域的大气风场改变,影响热带太平洋和印度洋表层SSTA,出现ENSO和DIPOLE,进一步向西传播到SWTIO次表层,导致SWTIO上升流区出现改变。     

黄海暖流区SST年际变化分析

基于2003—2019年黄渤海冬季(1月)微波遥感SST,分析其年际变化特征和黄海暖流对SST年际变化的影响,进一步分析黄海暖流流轴摆动与强弱的年际变化。分析结果表明:冬季黄海暖流区SST整体处于上升趋势(0.07℃/a),黄海暖流对黄海中部SST具有一定的稳定作用;该区域SST年际变化是在北太平洋年际震荡背景下,主要受黄海暖流、大陆气候和地表径流等近岸过程影响,黄海暖流流轴年际变化与ENSO显著相关,受纬向风作用明显,而黄海暖流强弱年际变化与经向风关系显著。     

大亚湾生态监控区的浮游植物年际变化

依据国家海洋局、国家海洋局第三海洋研究所等权威机构2004~2007年所获的数据和资料,对大亚湾生态监控区近4a长时间尺度的浮游植物群落年际变化进行分析,通过物种组成、丰度变化、优势类群演替、群落结构及赤潮灾害事件来反映生境的退化,探讨其变化的主要原因及趋势。结果表明,浮游植物群落由暖水种占绝对优势转变为广温广布种占主导地位。种类与丰度呈逐年下降的态势,浮游植物丰度的分布保持西高东低,近岸高于远岸的特征,浮游植物的高丰度与营养盐丰富及温排水有关。终年以硅藻为优势种群,优势种演替具有明显的季节与年际变化,细长翼根管藻(Rhizosolenia alataf.gracillima)是春季稳定的优势种,柔弱拟菱形藻(Pseudo-nitzschia delicatissma)是夏季稳定的优势种,春末甲藻的优势度增加明显。浮游植物群落多样性指数呈逐年下降趋势,均匀度呈逐年上升态势。浮游植物的异常增殖及过度集中导致多样性较低,种间比例不均匀,群落结构单一。赤潮季节性发生频繁,发生频率及引发种类呈上升趋势,海洋环境脆弱。     

利用卫星资料分析黄海海表温度的年际与年代际变化

海表温度长期变化在一定程度上反映了海域的气候变化信号,卫星遥感资料是获取高时空分辨率水温长期变化的有效手段。基于国家海洋局1982—1999年黄海断面监测器测数据的2 954组水温数据对时空匹配的卫星(NOAA/AVHRR)反演海表温度(SST)进行校验,计算得到卫星反演SST系统偏差为(0.18±1.00)℃。卫星反演的水温空间分布以及长期变化趋势与器测趋势较为一致,可以用来研究海域SST长期变化规律。利用校验后1982-01～2011-08NOAA/AVHRR的SST数据,分析了该时段黄海冬夏季代表月2、8月海表水温的变化规律。结果显示:(1)近30a,黄海冬季水温有2次跃迁:1989—1990年由冷至暖的状态跃迁,2000-2001年出现由暖至冷的状态转变;1990年代冬季水温达最高,相比1880年代,水温升高1.07℃,新世纪水温稍有降低,水温较1990年代下降了0.53℃,温度变化较大区域位于北黄海、山东半岛沿岸,苏北浅滩毗邻海区,该区SST与局地经向风场存在显著正相关,且北极涛动通过影响冬季风间接影响黄海水温变化;(2)夏季海表水温在1994—1995年呈现由冷至暖的状态跃迁,冷、暖期水温相差0.57℃,水温变化较显著的区域为黄东海分界处,其具体变化机制需深入研究。