日本南部黑潮路径发生弯曲的最优前期征兆及其发展机制

基于正压出入流模式, 利用条件非线性最优扰动(CNOP)方法研究初始异常的位置与模态对日本南部黑潮路径变异的影响。以模式模拟出的黑潮平直路径的平衡态作为参考态, 计算CNOP, 考察该扰动随时间的发展, 并与随机扰动的发展进行对比。结果表明, CNOP 能够导致黑潮弯曲路径发生, 随机扰动则不能。因此, CNOP 可以作为导致日本南部黑潮路径发生弯曲的一种最优前期征兆。通过分析CNOP 和随机扰动的发展过程, 可以得出: (1) CNOP 使黑潮发展成弯曲路径的过程是一个气旋涡向下游传播并增长的过程。(2) 气旋涡的向东传播都是非线性项的作用, 也就是涡度平流造成的。(3) CNOP和随机扰动发展过程中所产生的气旋涡均会传播到下游区域, 但是CNOP 产生的气旋涡能够增强, 最终导致弯曲路径发生, 而随机扰动产生的气旋涡则会减弱, 并不能导致弯曲路径发生。分析发现, 在CNOP 实验中, 非线性作用使气旋涡增大; 但在随机扰动实验中, 非线性作用使气旋涡减弱, 所以非线性作用对日本南部黑潮路径发生弯曲有重要影响。(4) 底摩擦效应对日本南部黑潮路径变异影响较小。本文揭示的黑潮路径发生弯曲的最优前期征兆及其非线性发展机制, 对提高黑潮路径变异的预报技巧具有重要意义。     

Zebiak-Cane模式中条件非线性最优扰动对ENSO春季预报障碍的影响

使用Zebiak-Cane模式和条件非线性最优扰动(CNOP)方法,研究初始误差和参数误差共同作用对ENSO春季预报障碍现象的影响。选取模式中的8个El Ni?o事件,包括4次强事件和4次弱事件,每个El Ni?o事件又分别从8个不同的起始时间做1 a的预报,这样一共64个预报实验。对每个实验分别计算CNOP误差(初始误差和参数误差同时存在时的最优误差),通过分析误差增长,发现CNOP误差引起的1 a后的预报误差随着初始预报时间的不同有较大差异,并且不同强度的El Ni?o事件也会影响CNOP误差的发展,增长位相中强事件的预报误差要比弱事件的预报误差大一些;而衰减位相中恰恰相反,弱事件的预报误差要比强事件的预报误差要大一些;同时也发现高频El Ni?o事件对误差增长率的影响较大。本结论有助于提高Zebiak-Cane模式预报ENSO的技巧。     

基于自组织映射的日本南部黑潮与黑潮延伸体的典型时空模态及其因果关系研究

过去的研究认为,黑潮延伸体的年代际振荡受来自其下游的太平洋年代际振荡（PDO）相关联的信号主导,但最近的观测表明这种调控机制在2017年9月之后不再成立。与此同时,黑潮延伸体的上游即日本南部黑潮正在发生一次大弯曲事件。利用26年（1993–2018年）的卫星高度计提供的海表高度距平数据和自组织映射（SOM）方法,本文研究了日本南部黑潮与黑潮延伸体的时空模态及其因果关系。结果表明,SOM能有效地提取两个海区的典型空间模态,且它们的演变轨迹表明当日本南部黑潮处于大弯曲（离岸型非大弯曲）路径时,黑潮延伸体趋于稳定（不稳定）态。基于SOM识别得到的海表面高度距平（SLA）特征区及特征时间模态,我们进一步利用一种最近发展的定量因果分析方法研究了两个流系之间的因果关系。研究发现,当黑潮大弯曲发生时,日本南部黑潮和黑潮延伸体之间存在双向因果,但因果关键区不同。前者对后者的影响集中在纪伊半岛东南侧及黑潮延伸体“两脊一槽”区域,而后者对前者的影响则集中在黑潮延伸体“两脊一槽”区域及黑潮再循环流区域。这说明黑潮大弯曲的发展对黑潮延伸体的稳定性有重要作用,同时黑潮延伸体通过调制南部再循环流影响日本南部黑潮的...     

初始误差对双环流变异可预报性的影响

使用球坐标下1.5 层约化重力浅水模式模拟海洋风生双环流, 结果显示双环流射流存在拉伸模态和收缩模态间的年际变化。以双环流从拉伸模态向收缩模态的转变过程为背景场, 利用条件非线性最优扰动(CNOP)方法, 考察初始误差对双环流变异可预报性的影响, 得到两类初始误差: 全局CNOP型和局部CNOP(LCNOP)型, 两类初始误差对双环流变异的影响几乎相反。通过考察误差发展, 发现在射流从拉伸模态向收缩模态转变过程中, CNOP 型初始误差使射流弯曲程度变大, 并在预报时刻导致涡脱落; 而LCNOP 型初始误差则使射流弯曲程度变小。相比LCNOP, CNOP 型初始误差引起更大预报误差, 导致双环流变异的预报技巧下降更多。两类误差得到较大发展的区域可能存在正压不稳定, 使误差能够不断从背景场吸收能量进而得到快速发展。给出了两类使双环流变异预报技巧下降最大的初始误差, 在实际的数值预报中减少这两种类型的误差, 将有助于提高双环流变异的预报技巧。     

东海黑潮上空气旋波的扰动能量传输

气旋在黑潮海域的异常发展早已为许多作者所注意。目前从统计学和动力学方法也已证实,东海气旋的异常发展与黑潮海域充沛的热量供应有关。有的作者试图从海面能量供应的角度论证上述事实,如Ninomiyo曾以半经验的方法计算黑潮海域气旋式波动的有效位能的转换。但对气旋的发生发展而言,更重要的是扰动有效位能的生成及其转换。然而迄今未见有关于黑潮对气旋扰动能量关系的详细计算和讨论。本文在计算了黑潮上空气旋区海面和高空微尺度的热涡动输送值后,着重讨论了海洋热源引起的气旋区扰动有效位能的产生及其转换。作为对照,也计算了气旋在陆地和移出黑潮区以后的扰动能量平衡。我们试图从所得结果分析气旋在陆地、海洋和黑潮     

南海的黑潮分离流环

黑潮与南海的相互作用是海洋学研究中的一个悬而示决的课题。黑潮在离开吕宋跨越巴士，巴林塘等海峡时作用于南海，虽然以往对黑潮通过吕宋海峡侵入南海东北部有过若干研究，但未曾有过黑潮分离涡旋进入南海的观测报道。在１９９４年９月初。我们在南海东北部大陆坡外首次捕获一反气旋型的黑潮分离流环，本文报道此次观测结果。该流环为中心位于２１°Ｎ，１１７．５°Ｅ，直径约１５０ｋｍ，垂直尺度超过１０００ｍ的反气旋；     

中国近海及其附近海域若干涡旋研究综述 Ⅰ.南海和台湾以东海域

综述了南海和台湾以东海域若干气旋型和反气旋型涡旋研究.在南海存在着许多活跃的中尺度涡,我们分别对南海中、南部海域和南海北部海域中尺度涡作了评述.在南海北部海域,目前最感兴趣的问题为:南海水与西菲律宾海通过吕宋海峡的交换的物理过程,以及黑潮是否以反气旋流套形式进入南海.这些问题目前尚不清楚,尤其是这些问题的机理.这些问题必须通过今后深入和细致的、长时间的海流和水文观测,以及长时间卫星遥感观测资料的论证才能逐渐认识清楚.台湾以东海域,黑潮两侧经常出现中尺度涡,而且变化较大而复杂.文中着重讨论兰屿冷涡和台湾东北的气旋式冷涡.     

流核位置和流量变化对东海黑潮锋面弯曲影响的研究

本文运用简化的η坐标POM模式研究了东海黑潮锋面弯曲的产生与成长机制。主要考察了在给定的地形下,流核位置和流量变化对锋面演变的影响。当黑潮流核远离陆架时,因其锋区正好在陡的陆坡之上,斜压不稳定贡献减小,此时不论黑潮的流量强弱,其锋面都不会出现如观测所示的弯曲;当黑潮流核接近陆架时,因其锋区爬上陆架,斜压不稳定加强,小扰动能够充分发展并导致锋面弯曲,它的三维结构和观测的结果基本一致。平均波长约为250km,位相速度约为17km／d。扰动成长的主要机制是斜压不稳定,锋面弯曲的主要能源是平均有效位能。     

垂向湍流扩散系数的不确定性对深层叶绿素最大值现象模拟的影响

深层叶绿素最大值(Deep Chlorophyll Maximum, DCM)现象的数值模拟是研究海洋表层生态系统和全球碳循环的重要组成部分之一。但是由于自身的复杂性和观测的局限性,数值模式中物理参数的不确定性给模拟结果带来了一定程度的误差。其中,垂向湍流扩散系数(vertical turbulence diffusion)是模式所包含的物理参数中很难直接通过观测来确定的参数,它在模式中的来源和取值往往具有很大的不确定性。本文通过条件非线性最优(参数)扰动(Conditional nonlinear optimal perturbation related toparameter, CNOP-P)方法,研究了垂向湍流扩散系数的不确定性对模式模拟结果的影响。我们发现,垂向湍流扩散系数对 DCM 模拟产生最大影响的 CNOP 型扰动位于生产力层的上半部分。并且,去掉生产力层内湍流扩散系数的误差,模式模拟的改进程度最高达到了 80%。可见,垂向湍流扩散对生态系统的发展和保持起着极其重要的作用,改进垂向湍流扩散系数的不确定性,对 DCM 的数值模拟有着重要意义。     

台湾东北黑潮入侵东海陆架强度的变化规律:持续一年的ADCP现场流速观测

本文利用台湾东北陆坡附近海域持续一年的多普勒流速剖面仪(AcousticDopplerCurrent Profilers,ADCP)定点深水测流数据提取了观测站点处黑潮跨陆坡入侵强度的时间序列,并与美国海军混合坐标海洋模式(HybridCoordinateOceanModel,HYCOM)分析数据中提取的观测站点处以及台湾东北陆坡东西区段黑潮入侵强度的时间序列进行了对比研究。研究结果显示黑潮在观测站点处的跨陆坡入侵强度存在显著的季节和季节内变化特征,并且与台湾东北黑潮主轴位置的摆动有较好的对应关系,黑潮主轴东(西)移,则黑潮在台湾东北陆坡西段及观测站点处的入侵显著减弱(增强),而在台湾东北陆坡东段的入侵显著增强(减弱)。此外,观测站点处黑潮跨陆坡入侵强度的时间序列还显示出较强的10d和20d左右的短周期信号,其中10d的周期信号对应着东海黑潮斜压不稳定波动的特征周期,而20d的周期信号则体现了台湾东北附近海域局地涡旋的短期变化。     

南海的黑潮分离流环

黑潮与南海的相互作用是海洋学研究中一个悬而未决的课题。黑潮在离开吕宋岛跨越巴士、巴林塘等海峡（以下依习惯简称吕宋海峡）时作用于南海。虽然以往对黑潮通过日宋海峡侵入南海东北部有过若干研究，但未曾有过黑潮分离涡旋进入南海的观测报道。在1994年9月初，我们在南海东北部人陡坡外首次捕获一反气旋型的黑潮分离流环，本文报道此次观测结果。该流环为中心位于21°N，117.5°，直径约150km，垂直尺度超过1000m的反气旋；其外形沿大陆坡拉长，呈卵圆型。地转计算和ADCP直接测量均表明其近表层流速接近lms-1.流环中水温高于周围海水，密度则偏低，因而该中尺度涡属暖流环类（wormcorering）。T－S特性分析表明流环内海水特性不同于周围，次表层高盐核盐度高出四周，中层低盐核盐度则低于四周，说明该流环应源于黑潮。观测期间在巴士、巴林塘等海峡似有另一流环正在形成过程中。     

北赤道流分叉点及南海北部环流的研究进展

介绍了北赤道流分叉点、南海北部环流的一些研究成果,并就黑潮对南海的影响所作的研究进行了回顾.北赤道流分叉点的位置对于北赤道流系水体疏运变化及在黑潮和MC之间水体、热量、盐度输运的分配中起着重要的作用.北赤道流分叉点位置约在14.6°N上,分叉点位置随深度增加而北移.分叉点有明显的季节变化和年际变化,在春、夏季向南移动,而在秋、冬季则向北移动.年际变化与ENSO现象相关紧密,在El Nio事件NEC分叉纬度处于最北端,在La Nio事件处于最南端.对于分叉点位置的定量化研究,仍然需要更多的观测结果进行研究.季风和黑潮是影响南海北部环流的两种主要因素.南海北部上层流场主要由广东沿岸流、黑潮入侵流套、东沙海流、南海暖流和吕宋海流组成.除海盆、次海盆尺度环流外,受季风、黑潮和地形等因素的影响,南海表现出多涡结构.通过近些年的卫星观测和数值模拟的结果,人们对南海中尺度涡的认识大大加深,但要想模拟出风应力形成涡的机制,还需要提高风场和模式的分辨率.由于观测资料的限制,对南海流场的垂直结构、以及春-秋季季风转相时期的流场结构等还研究得较少.吕宋海峡水交换是西太平洋对南海影响的主要途径.黑潮在吕宋海峡附近的形变一直是有争议的热点问题,目前对于黑潮入侵有3种观点:(1) 认为黑潮经过吕宋海峡形成流套结构,并分离出中尺度涡影响南海流场、水团结构;(2) 认为黑潮有一直接分支分离出来进入南海形成黑潮分支;(3) 认为吕宋海峡水交换不属于以上两种情况,西太平洋对南海的水团输送另有机制.北赤道流分叉点在对黑潮的水体、热量、盐度输运的分配中起着重要的作用,黑潮对南海北部环流的影响可能与NEC的分叉点位置有关,但目前对NEC的分叉点位置与南海北部环流相关性的研究甚少.最后提出了对未来加强该方面研究的一些展望.     

不同类型El Nio事件对黑潮流域影响的统计分析

利用全球海表面温度、海面流速、海平面异常、降雨和海面风场融合及再分析资料,采用相关分析和合成分析统计诊断方法,对1979-2014年发生的东太平洋和中太平洋El Nio事件对黑潮流域的影响进行分析,为黑潮流域及我国东南部气候变化预测提供参考。研究结果表明:前者对海表面温度的影响要比后者强烈,并经历了从降温到升温的效应转换;两者对黑潮流域海流流速的影响整体上呈相反状态,前者对东海PN断面海流流速起减缓作用,而后者对其流速起加速作用;对于黑潮流域的海平面异常,两者均没有明显的规律性影响;前者会引起黑潮流域降水增多,而后者则会引起黑潮流域降水减少。因此,东太平洋和中太平洋El Nio事件对黑潮流域的影响具有明显的差异。     

黑潮的涡分辨率数值模拟

本文利用涡分辨率的HYCOM模式,以NCEP月平均再分析资料(1979—1993)为驱动场,并采用单向数值嵌套的方式对黑潮流域进行数值模拟,成功模拟了黑潮流域的高分辨率流场特征。模拟结果显示:黑潮路径符合前人对黑潮的认识;在地形和流量的共同作用下,黑潮对吕宋海峡的入侵呈现多平衡态的特征;日本以南的黑潮路径发生多种时间尺度的摆动(从季节内到年际)。黑潮在PN断面上流速跟同期观测十分相符,流轴集中在陆架破折处,季节变化较弱。台湾岛以东黑潮,东海黑潮以及吐噶喇海峡黑潮的流量符合对应时期观测,并且各自呈现出不同的变化特点。     

地形斜坡对东海黑潮陆架坡折锋稳定性影响研究

为了研究地形斜坡对东海黑潮陆架坡折锋稳定性的影响,利用简化的线性原始方程,在一定背景流的情况下,主要从增长率、相速度、空间结构和能量方面分析海底地形斜坡变化对坡折锋稳定性的影响。模式结果表明,平底地形时,扰动的强度大且扰动区域广,但有地形斜坡时,扰动区域变窄,强度变弱,地形对坡折锋起稳定性作用。通过能量分析得出东海黑潮陆架坡折锋是正压和斜压的混合不稳定,其中斜压不稳定占主导地位。实验分析得出,地形对东海黑潮陆架坡折锋起稳定作用,斜坡增大,斜压不稳定和正压不稳定均减弱,斜压不稳定减弱更明显。     

模式参数的不确定性对日本南部黑潮大弯曲路径预报的影响

基于1.5层浅水方程模式,利用条件非线性最优参数扰动(CNOP-P)方法,研究模式参数的不确定性对黑潮大弯曲路径预报的影响。研究表明,单个模式参数误差如侧向摩擦系数误差、界面摩擦系数误差以及在不同季节具有不同约束的风应力大小误差,对黑潮大弯曲路径预报的影响较小,并且对背景流场的选取具有一定的敏感性;所有模式参数误差同时存在时对黑潮大弯曲路径预报具有一定的影响,并且预报结果在9个月左右不能被接受。因此,要提高黑潮大弯曲路径的预报技巧,模式中的参数需要给出更好的估计。     

地形对东海黑潮锋面弯曲影响研究

作者运用简化的η坐标 POM模式数值研究了地形对东海黑潮锋面弯曲的产生与成长的影响。平底时 ,小扰动迅速发展导致锋面出现大弯曲。考虑到地形因素和黑潮流核远离陆架的情况 ,因其锋区正处在陡的陆坡之上 ,斜压不稳定被减小 ,其锋面不会出现如观测所示的弯曲。结果表明 ,在该实验条件下 ,地形对锋面起到稳定作用     

东海G断面平均温、盐度变化与厄尔尼诺关系的初步分析

本文试图利用位于东海黑潮区G断面温、盐度的多年观测资料,对该断面平均温、盐度变化与厄尔尼诺的关系进行了分析,以期有助于研究黑潮对我国东海及邻近海域环流和沿海气候的影响。 Ⅰ.资料来源及统计方法 由于采用的划分标准和指数不同,因而对     

西北太平洋黑潮路径变化与柔鱼CPUE的关系研究

利用西北太平洋长时间序列SST、黑潮路径、柔鱼渔获量数据,基于GIS技术分析了黑潮路径类型变化和离岸摆动及其对柔鱼CPUE的影响。分析结果表明,1990—2003年,黑潮弯曲发生的月份数占82％,其中整月发生弯曲的月份数占47％,共发生2次大弯曲、2次准弯曲、5次小弯曲。柔鱼年CPUE,在黑潮发生准弯曲年份最高,黑潮发生小弯曲年份较高,黑潮发生大弯曲年份和平直年份较低,黑潮大弯曲发生的强盛年份最低。柔鱼月CPUE高值时段,多是黑潮发生弯曲时段,且主要是C型弯曲。连续3月以上出现月CPUE高值段,黑潮路径模式是C型弯曲和平直路径交替出现。3天CPUE的高值时段,黑潮弯曲型的频次远高于平直型;较高值时段,黑潮弯曲型的频次稍高于平直型;中值时段,黑潮平直型频次稍高于弯曲型;较低值时段,黑潮平直型高于弯曲型;低值时段,黑潮平直型远高于弯曲型。     

东海黑潮区域性变异的分析

基于中日黑潮合作调查研究期间所获历史和现场观测资料,本文较详细地分析了东海黑潮区域性变异.结果表明:(1)与PN断面及其邻近海域的黑潮中段相比,台湾东北海域的黑潮南段,流轴有较大弯曲,并有明显的季节变化.但该海域黑潮的流速和流幅,以及它们的季节间变幅却比黑潮中段和北段小.(2)东海黑潮南段不仅流轴变化复杂,而且其左侧常有气旋性冷涡出现.而黑潮中、北段接壤区,既是黑潮向东流的转折处,又是黑潮锋面涡旋频繁发生的区域.可认为该两处海域是黑潮影响东海及其邻近海域的关键区段.(3)初步分析指出,地形是导致黑潮区域性变异的主要因素.此外,季风和密度场的变化也起着重要的作用.