印度洋-太平洋暖池季节变化及其相应的大气环流形式

首先通过对英国大气科学数据中心海表面温度资料和Levitus随深度变化的海温资料的分析,给出了印度洋-太平洋暖池季节变化的详细描述.另外,利用NCEP/NCAR再分析大气资料中的风场数据,采取将水平风场分量分解为无辐散分量和无旋分量的方法,分析了相应于暖池季节变化的大气环流形式.得到了这样的结论：第一,印度洋-太平洋暖池的位置随季节变化南北移动;暖池面积在北半球的5月和9月达到两个极大值;无论就海表面温度还是深度而言,该暖池分别存在一或两个强度中心.第二,尽管印度洋-太平洋暖池中间被南亚大陆所间隔,但是暖池上空对流层大气运动对于暖池的季节变化却是作为一个整体响应的.     

太平洋沃克环流近几十年来的加强

太平洋沃克环流的强度随全球变暖而减弱,但有研究表明近几十年太平洋沃克环流呈增强趋势,两者是否矛盾?文章用1979年至2014年的再分析数据资料分析了近几十年来太平洋沃克环流强度的变化特征,各要素场均表明太平洋沃克环流的强度在过去几十年呈显著的增强趋势,且太平洋沃克环流的强度在年际变化尺度上与ENSO相关性很强。之前有关太平洋沃克环流的研究多局限于太平洋海盆内部,文章通过印太三极模态理论对太平洋沃克环流的年代际变化进行解释。研究发现,印度洋沃克环流与太平洋沃克环流存在同样的增强趋势。印太暖池海温、印度洋?太平洋沃克环流及海洋性大陆区域上升运动组成了一个简单的反馈系统,暖池海温的升高使海洋性大陆区域大气辐聚上升运动增强,两沃克环流随之增强;底层纬向风的增强使暖池区域的暖水堆积增多,从而使暖池区海温进一步升高,两沃克环流也进一步增强。同时近几十年太平洋年代际振荡(PDO)由暖位相到冷位相的转换导致中东太平洋海温降低,暖池增暖及中东太平洋变冷使太平洋海温梯度增加,最终导致太平洋沃克环流过去几十年的增强。     

华北5月降水年代际变化

针对华北5月降水的年代际变化特征和成因,用华北5月降水资料、NCEP大气环流资料以及海表温度（SST）资料,采用EOF分析、相关分析、合成分析等方法研究了华北5月降水以及相关海区SST的年代际变化;结果表明从60年代中期至90年代初期华北5月降水存在明显的年代际变化,1965～1981年华北5月降水偏少,1982～1992年华北5月降水偏多;西太平洋暖池相比热带中东太平洋、热带印度洋对华北5月降水年代际变化有更明显的影响;当西太平洋暖池异常发展,热带中东太平洋、热带印度洋海温年代际变化处于暖位相,东亚上空为反气旋性环流异常场,东亚大槽较弱,副热带高压偏强偏西时,华北5月降水偏多;反之,副热带高压偏弱偏东时,华北5月降水偏少.     

北黄海夏季温盐年际变化时空模态与气候响应

根据北黄海断面1976~2015年历年8月温度、盐度与长岛气候要素资料,采用旋转经验正交函数(REOF)、最大熵谱分析和延迟相关分析等方法,研究了北黄海断面夏季温度、盐度年际变化时空模态与气候响应.断面温度主要有4种时空模态:第一、二模态为海洋因素影响的年际变化分量,渤海断面夏季温度分量和7月太平洋年代际振荡(PDO)指数的线性与非线性作用是主要影响因素.第三、四模态为海洋与大气因素影响的年际变化分量,渤海断面夏季温度分量、断面冬季表层平均温度、7月风驱环流强度和5月PDO指数的线性和非线性作用是主要影响因素.断面盐度主要有4种时空模态:第一模态为海洋与大气因素影响的年际变化分量,渤海夏季盐度、夏季降水量及断面冬季表层盐度是主要影响因素;8月纬向风驱环流是次要影响因素.第二至四模态为大气因素影响的年际变化分量,7、8月风驱环流强度和夏季降水量是主要影响因素.北黄海夏季风驱环流分布是北黄海断面夏季温盐年际平均分布的主要影响因素.断面温盐垂直层结年际变化为准平衡态周期年际变化.北黄海断面冷水团月平均温度和面积为准平衡态周期年际变化,断面温度第三模态、断面冬季表层平均温度是断面冷水团月强度年际变化的主要影响因素,7月PDO指数是非线性影响因素.北黄海断面冷水团月平均盐度为显著线性低盐趋势周期年际变化,断面盐度的第一至三模态以及渤海断面夏季盐度分量的线性和非线性作用是冷水团月平均盐度年际变化的主要影响因素.北黄海断面夏季冷水团中平均温度、盐度的长期变化趋势是不同的,不存在长期稳定的比例关系.     

印度洋-太平洋暖池的变异研究

为了研究在何种时间尺度上定义研究印度洋-太平洋暖池（简称印-太暖池）更有意义, 本文中应用功率谱等统计学方法, 对印-太暖池的季节、年际及年代际变化特征进行了分析.结果表明, 印-太暖池、东印度洋暖池（简称东印暖池）在季节变化上表现为单峰结构, 而西太平洋暖池（简称西太暖池）则为双峰结构; 在年际变化上印-太暖池和西太暖池表现出很强的3-6年变化周期, 东印暖池则存在准两年的振荡周期; 印-太暖池还存在10年以上的年代际周期振荡, 特别是70年代中后期的年代际突变明显, 而东印暖池的这种变化更为明显.由此可知印-太暖池的年代际变化与东印暖池、西太暖池年代际变化较为相似, 季节和年际变化颇为不同, 所以, 在研究年代际尺度的问题上, 定义并研究印-太暖池的意义更大, 而在研究年际、季节尺度上的问题时东印暖池、西太暖池应分而视之.     

赤道暖池温跃层海温对低纬大气环流的影响

本文利用1967-1985年间,西太平洋137°E剖面(34°N-1°S)的深层海温调查资料及500hPa月平均图,首先分析了该剖面上深层海温变化的分布结构和年际变率特征,发现西太平洋赤道暖池温跃层(取纬度4°-8°N,厚度75-200米)海温年际间的变化与赤道逆流流量呈反位相的关系,在埃尔尼诺年期间,赤道逆流(自西向东)加强,赤道暖池温跃层海温下降.当埃尔尼诺结束时,赤道逆流流量迅速减小、温跃层海温上升在此基础上进一步研究了赤道暖池温跃层海温对低纬大气环流的影响,发现赤道暖池温跃层海温与低纬大气的关系比赤道东太平洋海表温度要明显,尤其是对夏季低纬大气和副热带高压强弱的关系更为密切,这一统计事实说明,赤道暖池温跃层海温的变化可能是影响低纬大气环流异常变化的重要热源.     

东印度洋-西太平洋暖池的年代际变化特征研究

采用1958~2002年海洋同化资料SODA(Simple Ocean Data Assimilation)的海温场,定义了东印度洋-西太平洋永久性暖池(简称印-太暖池)指数,即不随季节变化的27.5℃等温面所包含的>27.5℃的暖水体积或强度,并采用功率谱和小波分析的方法研究了其周期变化特征。结果表明,印度洋暖池和西太平洋暖池均具有显著的准10 a的周期振荡和1976~1986年前后的年代际突变特征,暖池由1976年前的"冷"暖池转变为1986年后的"热"暖池;暖池指数的季节循环也存在显著的年代际突变特征,特别是西太平洋暖池在异常暖年代其季节变化还呈现出明显的增暖趋势;暖池三维结构的年代际变化主要表现为在暖年代热带南印度洋暖水的向西向南扩张和西太平洋暖池东边界的向东及北边界的向北扩张,暖异常主要分布在60 m以浅的上混合层中暖池的东边界区域,而其下面的温跃层内则为更强的异常降温,垂向上表现出上暖下冷的斜压模态结构,而温跃层和混合层深度的变化在不同暖池区则有不同的特点,表明东印度洋暖池和西太平洋暖池的年代际变化可能由不同的机制引起,尚需进一步分析其海洋动力学和热力学过程。     

大西洋热盐环流年代际变化机制研究Ⅲ.北大西洋海气要素对热盐环流年代际振荡的影响

基于该系列文章前文研究中构建的海气耦合气候模式和所揭示的北大西洋热盐环流年代际振荡机制,针对海气要素对该振荡机制的影响问题进行了重点的探讨。为细致准确的研究北大西洋海洋要素同北大西洋热盐环流年代际振荡的关系,有针对性的定义了副极地海区表层密度指数和北大西洋暖流强度指数并对模式结果进行了全面分析。分析结果表明副极地海区表层密度变化领先大西洋径向翻转环流(MOC)变化7 a,北大西洋暖流的变化领先 MOC变化4 a,格陵兰－苏格兰海脊溢流水强度(包括丹麦海峡溢流水和法鲁海峡溢流水,是北大西洋深层水的重要来源)的变化领先 MOC的变化3 a;北大西洋大气要素变化对北大西洋热盐环流年代际振荡有非常重要的调制作用,当副极地流环和北大西洋暖流(NAC)达到最强的2 a之前,高纬度地区大气为气旋式环流异常,中纬度地区大气为反气旋式环流异常,海表热通量在大西洋副极地海区是负异常,这都有利于副极地流环和NAC的加强,更多高盐度的北大西洋水进入格陵兰-冰岛-挪威海(GIN)海域,由此可以导致GIN海域表层密度上升,使水体的层结稳定性减弱,有利于深层对流的发生,同时大气变化通过风应力旋度和海表热通量也直接影响GIN海域深层水的生成,进而导致格陵兰－苏格兰海脊溢流水的强度增加。     

西太平洋暖池海温异常年夏季东亚大气环流特征

利用NCEP/NCAR逐月再分析资料对西太平洋暖池区海表水温冷、暖异常年夏季东亚大气环流作了合成分析,与气候平均比较后发现:夏季暖池区暖异常时,在西太平洋上空的对流层低层产生一个强的反气旋偏差环流,因而不利于南海南部和赤道太平洋地区的西风发展,使热带夏季风强度减弱;在南海西部和中南半岛东部有偏差气流转向大陆,因而增强了偏南风,使副热带夏季风强度增强;在对流层中、下层副高脊线位置偏南,大约以400hPa为分界线,低层副高强度增强,高层副高强度减弱。西太平洋暖池冷异常年夏季东亚大气环流特征大致与上述情况相反,且强度或变化幅度小于暖异常年夏季。另外,与气候平均比较,暖异常年纬向Walker环流上升支大幅西移,而冷异常年该环流上升支则东移。     

西北太平洋热带气旋强度变化特征分析

本文通过对1970~2004年西北太平洋(包括南海)热带气旋强度的年际变化特征分析发现:在这35年中西北太平洋热带气旋强度变化基本上可分为三个阶段:70年代初至70年代末呈下降趋势,70年代末至80年代末呈缓慢上升趋势,80年代末至90年代末呈下降趋势;同时还发现,在海温异常年份(厄尔尼诺年及拉尼娜年)热带气旋强度有明显的差别,这种强度上的差别与异常年份大气环流的差异有着一定的关系,是海气相互作用的结果。     

西太平洋暖池区域热通量变化及其与南海夏季风爆发的关系

利用卫星遥感资料反演出的海洋大气参数,应用目前世界较为先进的通量算法(CORAER 3.0),计算了西太平洋区域海-气热通量(感热通量和潜热通量)。首先分析了海-气热通量的多年平均场和气候场变化的基本特征,以及年际和年代际变化特征;进而对其与南海夏季风爆发之间的关系进行了初步探讨。结果表明,西太平洋海-气热通量具有明显的时空分布特征,感热通量的最大值出现在黑潮区域,潜热通量的最大值出现在北赤道流区和黑潮区域。在气候平均场中,黑潮区域的感热通量和潜热通量最大值均出现在冬季,最小值出现在夏季;暖池区域感热通量除了春季较小外,冬、夏和秋季基本相同,而潜热通量最大值出现在秋、冬季,最小值出现在春、夏季。另外,海-气热通量还具有显著的年际变化和年代际变化,感热通量和潜热通量均存在16 a周期,与南海夏季风爆发存在相同的周期。由相关分析可知,4月份暖池区域的海-气热通量与滞后3 a的南海夏季风爆发之间存在密切相关关系,这种时滞相关性,可以用于进行南海夏季风爆发的预测,为我国汛期降水预报提供科学依据。基于以上结论,建立多元回归方程对2012年的南海夏季风爆发进行了预测,预测2012年南海夏季风爆发将偏晚1～2候左右。     

黄、渤海海冰长期变化特征分析

选取渤海、黄海北部冰情等级、冰面积资料和大气环流逐月资料,采用小波分析和交叉小波分析方法,研究海冰长期变化特征及其气候成因。结果发现黄、渤海海冰具有多尺度变化特征,存在低频变化、高频变化和无明显周期的演变过程。西太平洋副高、亚洲极涡以及纬向环流是影响海冰生成与变化的直接因素。黄、渤海海冰还与印度洋副高、北美副高,以及大西洋副高存在显著年代际相关关系。     

源区黑潮热输送低频变异及其与中国近海SST异常变化的关系

基于长时间序列的水温和盐度资料,通过动力计算方法估算了源区黑潮（18°N断面）热输送量,分析了源区黑潮热输送变异和中国近海SST异常的年际、年代际时空变化特征及两者之间的相互关系．结果显示,源区黑潮热输送异常呈现出显著的以2—7、10～20a和约30a为主周期的年际、年代际变化,且具有线性增强的长期变化趋势．并约于1976年前后发生了一次显著气候跃变．中国近海SST年际、年代际异常变化的最显著区域位于渤海、黄海、东海海域和台湾海峡．源区黑潮热输送变异在年际、年代际尺度上与中国近海SST异常变化密切相关,源区黑潮热输送变异可能是影响中国近海SST异常变化的重要因素之一．     

赤道太平洋次表层海温异常年际和年代际变率特征与ENSO循环

用美国马里兰大学提供的海洋同化(SODA)月平均资料,分析了赤道太平洋次表层海温异常年际和年代际变率的演化特征,讨论了它们对ENSO循环的影响.结果指出,赤道太平洋次表层海温异常年际和年代际变率具相似的ENSO模分布和演变过程,二者均以赤道西太平洋暖池次表层海温显著的异常中心与赤道东太平洋表层海温异常中心显著反号为主要分布特征,其演变过程通过赤道西太平洋暖池次表层海温异常中心沿海洋气候温跃层向东向上传播来完成.赤道西太平洋暖池次表层海温异常年际变率决定了ENSO循环,年代际变率对ENSO循环也有重要影响,其影响主要在中太平洋, 造成ENSO模的年代际变化.当年代际变率处于正常状态时,ENSO循环基本上是东部型冷暖事件之间的转换;当年际和年代际变率位相相同时,ENSO事件强度将会加强和持续,并出现中部型ENSO事件;当二者位相相反时, ENSO事件强度将会减弱.     

夏季浙江沿岸上升流的年际变化研究

本文基于JCOPE2数据,综合上升流面积和冷中心强度两方面提出了一个无量纲的上升流强度指数NUI,并以此分析了夏季浙江沿岸上升流强度的多年变化,发现24年来夏季浙江沿岸上升流强度以3和8年为主的周期震荡变化,并有减弱趋势。这与夏季风向与岸线偏离角度的增大密切相关,而台湾暖流的调制作用则是次要因素。机制分析表明,厄尔尼诺现象通过影响风和台湾暖流的年际变化从而影响上升流强度的变化:厄尔尼诺年浙江近岸夏季风速较小,风向偏离岸线角度较大,同时台湾暖流较弱,因此上升流偏弱;拉尼娜年各因素呈相反变化,上升流较强。     

长江流域夏季极端高温的年代际变化特征及其与大西洋多年代际振荡的关系

本文基于地面观测资料和NCEP/NCAR再分析数据,利用经验正交函数分析、线性回归分析等方法对1960—2016年夏季(6—8月)长江流域的极端高温(Extreme High Temperature,EHT)事件的强度、暖昼、暖夜发生日数的年代际特征及其对应大气环流进行分析,并探讨了EHT事件与大西洋多年代际振荡(Atlantic Multidecadal Oscillation,AMO)的关系。结果表明,中国夏季长江流域的极端高温事件存在明显的年代际变化特征,其中1960—1970年和2002—2016年为暖时期,1971—2001年为冷时期。相较于冷时期,暖时期在高温强度、暖昼和暖夜的发生日数方面均明显偏暖。针对于该极端高温年代际特征的成因,研究结果表明,暖时期位于长江流域北部的对流层中高层异常反气旋和偏北偏西的西太平洋副高有利于该地区下沉运动的增强,进而有利于极端高温的出现。同时,在对流层低层,位于中国东部的异常反气旋将低纬地区的暖湿气流携带至长江流域,这也有利于长江流域EHT事件的发生。此外,进一步分析表明,AMO与长江流域夏季EHT事件在年代际尺度上存在明显的关系,AMO超前中国夏季长江流域的EHT事件6~8 a,这对预测中国长江流域极端高温事件具有一定的指示作用。     

北太平洋冬季大气年代际振荡及其相关的SST变化

20世纪60年代， Namias(1969)就发现北太平洋海平面气压(SLP)存在10a以上长周期的变化，这种变化与北美冬季气温异常密切相关。70年代以后，又有人(White et al.，1972； Trenberth，1990； Trenberth et al.，1994)对上述变化作了进一步的验证，并指出1976年以后北太平洋的SLP异常偏低，即阿留申低压异常偏强。以阿留申低压为主要活动中心的大气年代际振荡被称为北太平洋涛动(NPDO)，它与北大西洋涛动(NAO)一起构成年代际气候变动最重要的观测依据，北太平洋年代际振荡的机制也引起了人们的广泛兴趣。作为大气运动的缓变下垫面强迫之一的海表面温度(SST)，它的异常变化对年际气候的显著影响已被公认(Wallace et al.，1981，1998)，由此推断，其对年代际时间尺度气候变化的影响可能也不可忽视。众所周知，SST年际变化最显著区位于赤道中东太平洋(如Nino 3区)，而与北太平洋年代际振荡显著相关的SST变化(时间变化和空间分布)又如何呢?作者就这一问题，分析了北太平洋大气环流年代际振荡的时、空变化特征，并揭示了与之相关的SST变化的时间变化和空间分布。     

赤道东太平洋和印度洋-南海暖池海温场的协同作用对西太平洋副热带高压的影响

本文应用Hadley Center提供的全球最新海表温度资料,分析探讨了赤道太平洋和印度洋-南海(简称印-南)暖池区域海表面温度异常(SSTA)与西太平洋副热带高压(简称副高)变化的关系,结果表明,赤道东太平洋SSTA和印-南暖池区域SSTA对副高的影响存在明显的时空分布差异,它们二者对副高变化存在协同作用的影响。前者对副高的影响始于超前一年的春季,持续到当年的春季。后者则始于前冬,持续到当年的夏季。赤道东太平洋SSTA对副高的影响主要通过对经向环流影响所致,印-南暖池区域SSTA对副高影响的主要途径是通过经向环流和水汽输送,前者主要体现在对对流层中低层经向Hadley环流的影响,而后者主要体现在对对流层低层经向季风环流及其伴随的水汽输送的影响,它们二者对副高的影响机理存在不同。作者提出了赤道东太平洋和印-南暖池区域SSTA对副高存在协同影响作用,并通过最优子集回归分析,建立了副高异常变化的预测模型,对2015年5-8月副高强度进行了预测,其结果是5-8月的副高强度较常年偏强,扣除超强台风的影响,预测结果正确,由此可以认为,本文建立的预测模型是可靠的。这一工作的特点是强调了赤道东太平洋和印-南暖池的协同作用对副高持续性的影响,为副高异常变化及其降水的预测提供更为可靠的依据。     

鸭绿江河口西岸潮滩沉积对流域人类活动的响应

The response to the catchment changes of the sedimentary environment of the western intertidal flat of Yalu River Estuary was investigated by analyzing the vertical variations of the grain size of sediment cores,along with the hydrologic data and human activities in the catchment.The results demonstrated a stepwise decreasing trend for the variations of both the sediment load and water discharge into the sea,which could be divided into three stages as 1958–1970,1971–1990 and 1991–2009.Reservoir construction and the changes of catchment vegetation coverage turned out to be the two predominant contributors to the changes.There are four periods for the variation of the sensitive components of the sediment cores from 1940 to 2010,i.e.,1940–1950,1951–1980,1981–1990 and 1991–2010.The vertical distribution of grain size in the cores mainly varied with the changes of vegetation coverage in the catchment and reservoir construction from 1960 to 1980,whereas it varied depending on the intensity of water and soil erosion in the catchment from 1980 to 1990.Despite the further reduction of the water and sediment input into the sea from 1990 to 2009,this period was characterized by coarsening trends for the grain size of sediment in the estuarine intertidal flat and correspondingly,the significantly increased silt contents of the sensitive component.