东海冷涡对东亚季风年代际变化

利用CORA、COADS和SODA 等高分辨率的海洋和大气再分析资料及区域海洋模式(ROMS), 研究了东海冷涡对1976/1977 年前后东亚季风年代际跃变(减弱)的响应。结果表明: (1)1976/1977年前后东亚季风跃变后, 夏季东海冷涡明显增强, 主要表现为冷涡的温度显著降低, 而冬季东海冷涡有所变弱但其温度上升不明显; (2)东亚冬季风跃变后, 济州岛西南侧的黄海暖流减弱, 冷涡区出现一个反气旋式环流异常, 这有利于冬季东海冷涡的减弱; (3)东亚夏季风跃变后, 台湾暖流外海侧分支及济州岛西南侧的黄海暖流分支增强, 使得冷涡区的气旋性环流变强, 这有利于夏季东海冷涡的加强。数值试验的结果表明, 东亚冬、夏季风的跃变在东中国海引起了不同的中尺度海洋环流异常, 从而导致东海冷涡对东亚冬、夏季风的跃变产生不同的响应。     

东亚季风在东中国海海面高度变化中的作用

应用长时间序列的CORA、COADS、CORE和SODA等高分辨率的海洋和大气再分析资料及区域海洋模式(ROMS),重点研究了中国东海及其邻近海域(简称东中国海)海面高度对1976/1977年前后东亚季风年代际跃变(减弱)的响应.结果表明,1976/1977年前后东亚季风跃变后,东中国海的海洋环流对此有明显的响应,并引起海面高度的明显变化.其中,夏季,中国黄海出现2个反气旋距平环流,东海包括济洲岛附近海域出现3个气旋性距平环流,并通过黄海暖流分支的增强,南黄海和东海沿岸及离岸流的减弱,使水体倾向于向黄海和长江口沿岸输运,这容易使得黄海和长江口沿岸海面高度上升;冬季,中国黄海南部和长江口北侧分别出现反气旋距平环流,东海东北部及济州岛附近海域出现1个气旋性距平环流,进而通过黄海沿岸流的减弱和台湾暖流的增强使水体主要向黄海、渤海输运,从而有利于相应海域海面高度偏高.由此可见,东亚季风的变异可引起东中国海海洋环流系统的异常,进而在东中国海海面高度的变化中起着重要的作用.     

黑潮冬季海温对我国东北地区夏季降水预测信号的增强

统计分析结果表明,黑潮冬季海温和东北夏季降水的关系有非常明显的年代际变化,表现为从20世纪50-60年代弱的正相关逐步转变为现阶段很强的负相关。尤其是在东北夏季降水异常年份,黑潮海温呈明显的反位相变化,因此可被视为一个非常有效的前兆预测信号。分析了可能的影响机制,即当前期黑潮海温偏低时,海洋热力异常的持续性会导致其夏季低层出现反气旋式风场距平环流,在西太平洋副热带高压(副高)西北侧出现东北风距平及在东北冷涡东南侧出现西南风距平,导致在副高区和东北冷涡区均形成气旋式距平环流系统,从而减弱了副高并增强了东北冷涡。反之,黑潮海温偏高时,其上空气旋式距平环流系统将减弱东北冷涡强度和增强副高强度。这是黑潮海温影响东北夏季降水异常的主要原因。     

台湾东北海域冷涡-上升流系统冬、夏季温度三维结构

利用美国国家海洋大气管理局(NOAA)2007年发布的全球海域温度多年月平均数据库资料(WOA 05),研发计算机数值分析和图形可视技术,对台湾东北海域冬、夏季的温度分布进行数值分析,展示台湾东北海域冷涡-上升流系统冬、夏季温度分布的三维结构,分析黑潮、台湾暖流以及东海陆架水的影响,得出以下结论.(1) 夏季(8月)冷涡主要存在于13-100m深度以及138-150m深度;冬季(2月)冷涡主要存在于109-150m深度之间.(2)夏季(8月)上升流的拱形结构从表层向下都存在,其中由于台湾暖流与东海陆架底层水的影响,造成在深度100-138m之间的等温线不闭合;冬季(2月)上升流的拱形结构主要存在于100m水深以下.(3)在黑潮向西北方向入侵东海陆架的区域,冷涡-上升流系统消失.在冷涡-上升流系统作用的区域,黑潮向东北方向入侵东海陆架的程度越强,冷涡-上升流系统的势力也越强.     

北太平洋西边界流的低频变化特征

基于日本气象厅长时间序列的温、盐度再分析资料,利用动力计算方法分析了北太平洋西边界的北赤道流及其下游黑潮和棉兰老流流量的年际和年代际变化,并探讨了北赤道流变化的可能原因。结果表明,北赤道流和黑潮具有比较一致的年际和年代际变化,均在1976年前后发生了一次气候跃变,之后有长期偏强的趋势,而棉兰老流的年际和年代际变化则有所不同。特别是,北赤道流1976年之后增加的流量似乎大多进入黑潮,而流入棉兰老流的流量则减少。进一步的分析还表明,西传的Rossby波和棉兰老冷涡的变动可能对北赤道流的年际变化有重要影响。     

渤、黄海冬、夏季节风生流场年际变化时空模态与环流变异

根据1975—2017年冬、夏季节渤、黄海沿岸25个气象站风观测资料,采用二维非线性垂直平均风生流模式、旋转经验正交函数(REOF)等方法,研究了渤、黄海冬、夏季节平均风生流速度势与流函数场年际变化时空模态与环流变异.由于冬、夏季节渤、黄海风应力场强度年际变化显著线性减弱趋势,冬季渤、黄海平均速度势与流函数强度年际变化线性减弱速率大于夏季,黄海冬、夏季平均速度势与流函数强度年际变化线性减弱速率大于渤海.渤、黄海冬、夏季节平均风生流速度势与流函数场年际变化主要有两种时空模态,冬季渤海垂直环流显著线性减弱以及水平环流准平衡态年际变化是主要分量,冬季黄海垂直与水平环流准平衡态年际变化是主要分量.夏季渤海垂直环流显著线性减弱以及水平环流准平衡态年际变化是主要分量,夏季黄海大部分海域垂直环流显著线性减弱与局部垂直环流显著线性增强年际变化是主要分量,夏季黄海水平环流形态此消彼长显著线性增强及减弱年际变化是主要分量.冬季黄海暖流暖水向南黄海西侧以及向渤海中部输送过程是在3～4个环流之间传递形成,并非由单一环流输送形成.冬季渤海中部辐散下沉反气旋环流与黄海中部至渤海海峡的气旋环流、黄海东部辐散下沉反气旋环流是冬季黄海暖流强度与范围的控制环流,夏季渤海中部辐散下沉反气旋环流与黄海中部辐合上升气旋型环流是夏季渤、黄海冷水团强度与范围的控制环流,冬、夏季节渤、黄海控制环流年际变化形态的变换形成冬季黄海暖流与夏季渤、黄海冷水团暖年或冷年的年际变化.     

东海黑潮热输送变异与经向风异常

根据日本气象厅1956-2003年在PN断面获得的观测资料和NCEP 850 hPa风资料,分析了东海黑潮热输送的变异特征,并探讨了冬、夏季热输送与风异常的关系.结果表明,黑潮通过PN断面多年平均的热输送达16.52×1014 W,热输送的年际和年代际变化都很明显,其主要变化周期为准2 a,5 a和22 a.黑潮热输送在1976年前后发生了一次由弱到强的气候跃变.黑潮热输送具有很强的长期的线性增加趋势,在1956-2003年增加了约6.51×1014 W.相关与合成分析结果显示,南海南部和黑潮流域上空的经向风异常对东海黑潮热输送的年际变化有重要影响,即当偏南风异常增强时,黑潮热输送将加强,反之将减弱.     

冬、夏季东海北部悬浮体分布及海流对悬浮体输运的阻隔作用

依据1987年6月、1996年12月、1997年2月和1998年7月在东海北部所取得的悬浮体、温度和盐度资料就该区冬季和夏季的悬浮体分布、影响因素和输运进行了研究,结果表明该区悬浮体分布具有明显的季节性变化,在中、外陆架区悬浮体含量冬季明显高于夏季.悬浮体的分布及输运受到东海环流、风暴和潮流等的影响,其中东海环流的季节性变化是主要影响因素.受台湾暖流的阻隔,冬季和夏季长江入海泥沙在东海基本不能越过124°00'E以东海域.黄海沿岸流携带着老黄河口水下三角洲的再悬浮沉积物向陆架东南扩散,其搬运的量和在中、外陆架区的扩散范围冬季显著大于夏季.在黄海暖流的阻隔下,陆架悬浮体冬季和夏季在32°N断面很少能扩散至126°30'E以东海域.台湾暖流和黑潮爬升水的阻隔作用使得冬季和夏季陆架悬浮体在P-N断面也基本不能扩散至陆架边缘.冬季在东海北部可有部分陆架悬浮体输送到冲绳海槽,但有区域性,其输送的可能位置是在P-N断面以北、32°N断面以南之黄海沿岸流向东南延伸的陆架边缘;夏季陆架悬浮体基本滞留在陆架区.     

卫星高度计资料揭示的冬季南海吕宋冷涡的双涡结构

吕宋冷涡是南海海洋环流系中最重要的涡旋之一。利用卫星高度计资料时空较高分辨率的优势,发现冬季吕宋冷涡有可能是由2个气旋式涡旋所组成的,一个气旋式涡旋位于吕宋岛的西侧(LCE1),另一个位于吕宋岛的西北(LCE2)。利用相关分析、功率谱分析等,估计了局地风应力和黑潮在形成吕宋冷涡过程中各自的贡献。研究结果表明,LCE1只存在于冬季,与吕宋岛西侧局地的风应力旋度有关;LCE2位于进入吕宋海峡的黑潮的西侧,全年存在,可能是由黑潮所诱生的气旋式涡旋,其变化主要周期为季节内振荡。     

东海陆架环流季节变化的模拟与分析

在改进POM模式基础上,建立1个中国东部海域斜压准预报模式,利用全球海洋模式结果并结合实测资料以及高精度卫星遥感SST资料,进行了东海陆架海域温盐及环流年循环的数值模拟,并系统分析了东海陆架环流系统及其季节变化、各暖流的路径等广为关注的问题。模式结果表明：黑潮主轴主体沿陆架坡折走向,中段黑潮流幅由南至北增宽,流速变大,流核所达深度变浅。浙闽沿岸流是一典型的季风环流,台湾暖流终年表现出东、北两分支结构,其分支表现出明显的季节性变化特征。在东海东北部陆架海域,冬季黑潮以其分支形式向北入侵,夏季则主要以大陆边缘流的形式向北进入陆架。论文对各暖流的水源也进行了相应的分析。     

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．     

东海带鱼(Trichiurus haumela)渔获量与邻近海域水文环境变化的关系

利用35年的东海区带鱼年渔获量资料与长江径流及东海温、盐断面资料、SST和黑潮流量资料，分析了东海渔获量年际变化与海洋环境的关系。结果表明，东海渔获量与长江径流和黑潮暖流的变化有密切的关系，长江径流量大时，东海渔获量高；反之，则低。1960年以来东海区渔获量的4次长期波动与长江径流的年代际变化基本一致。东海渔获量的丰、欠与黑潮(流量)的强、弱呈反位相变化，秋季的黑潮流量与渔获量的变化关系尤其显著；黑潮强(弱)时，东海渔获量低(高)。受长江径流和黑潮的影响，渔获量与盐度的高相关区夏季位于长江口区，秋季则位于黑潮左侧的盐锋内；东海渔获量高(低)分别与区域内盐度的低(高)变化相一致。东海区渔获量与不同季节SST变化的高相关区(即渔场区)关系密切，冬季(2月)位于东海北部的大沙渔场，春(5月)、夏季(8月)位于长江口舟山渔场，秋末初冬(12月)位于舟山及陆架暖流区，渔获量丰年与渔场区SST正异常相对应。     

全球海洋环流模式中上层海洋对表面强迫的响应和调整Ⅱ.年代际变率

利用一个较高分辨率的全球海洋环流模式在COADS 1945～1993年逐月平均资料的强迫下对海温和环流场进行了模拟,分析了北太平洋海温和环流场的年代际变化特征,同时诊断了1976-77年代际跃变过程中海温场变化的机制.模式模拟出了北太平洋海温年代际异常的主要模态以及1976-77年跃变前后的演变特征,模拟的北太平洋中部、加州沿岸和KOE区的海温异常的强度和演变趋势均和观测比较一致;同时,模式重现了分别始于20世纪70和80年代的中纬度海温异常信号沿等密度面向低纬地区的两次潜沉过程.在表层,流场的异常主要表现为与风应力异常基本符合Ekman关系的一个异常海洋涡旋,而整个上层海洋平均的流场异常则表现为两个海洋涡旋的异常,其中副热带海洋涡旋的异常的强度要显著于副极地海洋涡旋的异常,而副极地海洋涡旋异常出现的时间比副热带海洋涡旋晚3a左右的时间.对1976-77年前后3个区域上层海温各贡献项的诊断结果表明,北太平洋中部变冷主要是水平平流和热通量异常贡献的结果;而加州沿岸变暖主要归因于热通量的贡献;在KOE区,垂直平流、热通量和水平平流三者都起了重要作用,其中水平平流异常对这一区域海温年代际跃变出现的时间起了至关重要的作用.     

渤海海冰的年际和年代际变化特征与机理

根据1951-2013年间的渤海冰情等级资料,利用最大熵谱分析、相关分析和合成分析等方法,研究了渤海冰情等级的年际和年代际变化特征,探讨了局地气候、大气环流、ENSO(El Nio-Southern Oscillation)和太平洋年代际振荡(PDO)对海冰的影响。结果表明,渤海海冰具有明显的年际和年代际变化特征,并在1972年前后发生了一次由重到轻的气候跃变,在跃变后冰情较跃变前平均降低了0.7级。相关分析与合成分析结果显示,渤海冰情的年际变化除受局地气候的影响外,还受西太平洋副热带高压(副高)、极涡和欧亚环流的共同调控,特别在1972年以后,秋季副高、冬季欧亚和亚洲纬向环流对渤海冰情的年际变化均有重要影响,可作为渤海海冰预报的重要因子,而春季PDO、ENSO、冬季副高及欧亚和亚洲经向环流则是渤海冰情年代际变化的影响因素。     

东海和南黄海夏季环流的斜压模式

基于拉格朗日余流及其输运过程的一种三维空间弱非线性理论，引进了黑潮边界力及长江径流，给出了东海和南黄海的夏季环流及上升流区的分布。计算结果表明：在黑潮西侧存在着台湾－对马暖流系统；进入朝鲜海峡的对马暖流来自台湾暖流、黑潮、东海混合水和西朝鲜沿岸流；黄海暖流主要来源于东海混合水，表面有部分来自对马暖流；闽浙沿岸存在上升流区且构成一带状区域；在长江口外、东海东北部和陆坡上也存在在上升流式；陆坡处上升流     

热带气旋影响吕宋海峡输运的研究进展与展望

吕宋海峡是连接南海与西太平洋的唯一深水通道,也是调节南海环流及其热力特征的关键海洋通道。在大尺度西边界流、中尺度涡、热带气旋等众多因子的共同影响下,吕宋海峡输运表现出显著的多时间尺度变率特征,其中热带气旋是影响该海域强烈且频繁的天气过程之一,解析吕宋海峡输运与热带气旋之间的动力联系也是近年来南海海洋研究的热点之一。本文主要从吕宋海峡附近热带气旋活动特征及其对黑潮、吕宋海峡附近环流结构、吕宋海峡输运的影响等方面回顾最新的研究进展。最后,本文认为接下来应当在热带气旋调制吕宋海峡输运的机制,以及对吕宋海峡输运年际变化的贡献等方面加强研究。     

COHERENS模式在长江口赤潮源推测中的应用

在COHERENS基础上,建立了一个σ坐标下的三维渤海、黄海和东海海域夏季环流数值模式,较好地模拟了夏季渤海、黄海和东海海域的环流系统(黑潮、台湾暖流、对马暖流和长江冲淡水)。在此斜压流场的基础上,进行了拉格朗日颗粒追踪和欧拉输运数值模拟来推测长江口及其邻近海域赤潮高发区的可能赤潮源。提出台湾海峡、福建浙江近海和台湾东北海底存在赤潮的“种子”,它们很可能就是我国长江口赤潮高发区的赤潮源,这仍需现场的海洋调查去证实。数值模拟推测赤潮源是对流-扩散输运方法在海洋生态学领域中的一个新应用。     

南海的季节环流─TOPEX/POSEIDON卫星测高应用研究

应用1992～1996年的TOPEX/POSEIDON卫星高度计遥感资料,研究了冬、夏季风强盛期多年平均的南海上层环流结构。研究结果表明,南海上层流结构呈明显的季节变化,在很大程度上受该海区冬、夏交替的季风支配。冬季总环流呈气旋型,并发育有两个次海盆尺度气旋型环流;夏季总环流大致呈反气旋型、但在南海东部18°N以南海域未见明显流系发育。研究还表明,南海环流的西向强化趋势明显,无论冬、夏在中南半岛沿岸和巽他陆架外缘均存在急流,其流向冬、夏相反,是南海上层环流中最强劲的一支。鉴于该海流的动力特征与海洋动力学中定义的漂流不同,有相当大的地转成分,建议称为“南海季风急流(South China Sea MonsoonJet)”.冬季南下的季风急流在南海南部受巽他陆架阻挡折向东北,沿加里曼丹岛和巴拉望岛外海有较强东北向流发育。夏季北上的季风急流在海南岛东南分为两支:北支沿陆架北上,似为传统意义上的南海暖流;南支沿18°N向东横穿南海后折向东北;二者之间(陆架坡折附近)为弱流区。两分支在汕头外海汇合后,南海暖流流速增强。就多年平均而言,黑潮只在冬季侵入南海东北部,并在南海北部诱生一个次海盆尺度的气旋型环流,这时南海暖流只出现在汕头以东海域.夏季南海北部完全受东北向流控制,未见黑潮入侵迹象.用卫星跟踪海面漂流浮标观测进行的对比验证表明,以上遥感分析结果与海上观测一致。     

PN断面黑潮流速垂直分布特征及机制分析（英文）

本文基于全球海洋再分析模拟GLORYS2(Global Ocean Reanalysis Simulation 2)结果,分析了PN断面(126.0°E-128.2°E,1 000 m以浅)黑潮流速垂直结构的季节和年际变化,探讨了黑潮流速垂直结构形成的动力学机制。结果表明:1)PN断面黑潮夏季流量最大,春季次之,秋、冬季节最小;气候态平均的冬、夏季流速最大值都位于次表层,春、秋季节流速最大值位于表层;夏季相对流速较大、最大值深度较浅;等密线在黑潮主轴区下凹,冬季更为明显。流速最大值深度和密度水平梯度为零的深度均表现出了较大的年际差异,该年际变化甚至超过季节差异;2)流速与密度符合热成风关系。黑潮通量由太平洋大尺度风场及中尺度运动两者共同决定,但局地的热通量和环流对温盐的输运共同影响密度场,调节黑潮流速的垂直分布,影响水通量的分配及营养盐输运;3)有些年份夏季流速最大值出现在表层,可能是夏季西南季风诱导陆架水离岸输运进入黑潮上层导致的结果。非线性、非地转物理过程的影响没有考虑在本研究中,热成风关系能够解释黑潮流速垂直分布形成的部分原因。     

PN断面黑潮流速垂直分布特征及机制分析

基于全球海洋再分析模拟GLORYS2(Global Ocean Reanalysis Simulation 2)结果,分析了PN断面(126.0°E-128.2°E,1 000 m以浅)黑潮流速垂直结构的季节和年际变化,探讨了黑潮流速垂直结构形成的动力学机制。结果表明:1)PN断面黑潮夏季流量最大,春季次之,秋、冬季节最小;气候态平均的冬、夏季流速最大值都位于次表层,春、秋季节流速最大值位于表层;夏季相对流速较大、最大值深度较浅;等密线在黑潮主轴区下凹,冬季更为明显。流速最大值深度和密度水平梯度为零的深度均表现出了较大的年际差异,该年际变化甚至超过季节差异;2)流速与密度符合热成风关系。黑潮通量由太平洋大尺度风场及中尺度运动两者共同决定,但局地的热通量和环流对温盐的输运共同影响密度场,调节黑潮流速的垂直分布,影响水通量的分配及营养盐输运;3)有些年份夏季流速最大值出现在表层,可能是夏季西南季风诱导陆架水离岸输运进入黑潮上层导致的结果。非线性、非地转物理过程的影响没有考虑在本研究中,热成风关系能够解释黑潮流速垂直分布形成的部分原因。