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.     

南黄海夏季温盐年际变化时空模态与气候响应

根据南黄海断面1977—2016年历年8月标准层温度、盐度与气候要素观测资料,采用时空分析等方法,分析了南黄海断面夏季温度、盐度年际时空变化与气候响应。断面温度主要有4种时空模态,夏季风生环流、冷水团强度、面积与断面冬季温度模态是主要温度模态年际变化的主要影响因素;夏季风生流场形态、春季PDO指数与断面冬季温度模态是次要温度模态年际变化的主要影响因素;温度模态时间分量均为准平衡态长期变化。断面盐度主要有4种时空模态,夏季苏北沿海低盐度水体、南黄海中部高盐度水体与夏季黄海风生流输送作用是盐度主要模态年际变化的主要影响因素;夏季南黄海降水量减少与风生流输送减弱是盐度次要模态年际变化的主要影响因素。盐度主要模态时间分量为准平衡态长期变化,次要模态时间分量存在显著线性低盐趋势变化。断面夏季温盐多年平均分布主要受到夏季多年平均风生环流影响。断面核心冷水团月平均温度为准平衡态长期变化;面积存在显著线性减小趋势,黄海风生流场季节与年际变化是南黄海核心冷水团年际变化主要影响因素,春季PDO指数对冷水团面积年际变化有显著非线性影响。断面冷水团、核心冷水团月平均盐度为显著线性低盐趋势周期年际变化。由于黄海温盐长期线性趋势变化,与30多年前状况相比,目前黄海温盐场季节循环时空变化形态可能已经发生显著改变。     

渤海冬季温盐年际变化时空模态与气候响应

根据渤海断面1978-2012 历年2 月表、底层海水温度、盐度和气候要素观测资料,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,研究了渤海冬季表底层温度、盐度年际变化时空模态与气候响应。渤海冬 季表底层温度年际变化分为三种时空模态：开阔海型、黄河口型和辽河口型,其中只有开阔海型模态是对冬季气温变暖的响 应,时间分量有显著线性升高趋势和跃变升高。黄河口型模态是对冬季西北季风强度逐渐减弱的响应,时间分量有显著线性 降低趋势。辽河口型模态是对局地海冰年际变化的响应,时间分量准平衡变化。渤海冬季表底层盐度年际变化分为二种时空 模态：辽东湾型和黄河口型,其中黄河口型模态与黄河口年径流量滞后5 年显著负线性相关,该模态时间分量有显著线性升 高趋势和跃变;辽东湾型模态与黄河年径流量滞后7 年显著负线性相关;滞后2 年显著非线性相关,该模态时间分量年际变 化为准平衡形态。黄河口年径流量是影响渤海冬季盐度年际变化的主要因素。     

渤海夏季溶解氧与表观耗氧量年际变化时空模态

根据渤海断面1978~2014年历年8月温度、盐度和溶解氧观测资料,采用旋转经验正交函数(REOF)、最大熵谱和延迟相关等方法,研究了渤海夏季断面溶解氧含量和表观耗氧量年际变化时空模态.溶解氧含量主要存在4种时空模态:第一模态空间分量主权重在10 m以深水体;时间分量均为显著线性低氧趋势周期年际变化和10a尺度跃变.第二、四模态空间分量主权重在5 m以浅水体及断面南端底层;时间分量均为显著线性高氧趋势周期年际变化和10a尺度跃变.第三模态空间分量主权重在10 m附近;时间分量为准平衡态周期变化和10a尺度跃变.表观耗氧量主要有4种时空模态:第一、二模态空间分量主权重在中层及底层;时间分量均为显著线性贫氧趋势周期变化和10a尺度跃变.第三、四模态空间分量主权重在5 m以浅水体及断面南端底层;时间分量均为显著线性富氧趋势周期变化和10a尺度跃变.生物活性组分耗氧与海流输送减氧过程是夏季溶解氧、表观耗氧量模态显著线性低氧、贫氧趋势年际变化主要影响因素,饱和溶解氧强增氧、生物活性组分光合作用生氧和海流输送增氧过程是夏季溶解氧、表观耗氧量模态显著线性高氧、富氧趋势年际变化主要影响因素.渤海夏季深层水体中生物耗氧作用大于浅层水体中生物生氧作用,20 m以深水体中显著线性低氧、贫氧趋势快于20 m以浅水体的显著高氧、富氧趋势.生物活性组分氧化与光合作用是渤海夏季年际平均溶解氧含量、表观耗氧量分布以及溶解氧含量、表观耗氧量年际时空变化的主要影响因素,温度、盐度不是主要影响因素.     

南黄海冬季温盐年际变化时空模态与气候响应

根据南黄海36°N断面1977-2013年历年2月表底层温度、盐度观测资料,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分析了断面温盐年际变化时空模态和机制。断面表底层温度时空模态有二种:鲁南近海型和南黄海槽型,模态时间分量主要有准周期变化和线性趋势变化,表底层温度鲁南近岸型模态有显著线性升高趋势,表底层温度南黄海槽型模态准平衡变化。温度模态年际变化是对局地气温、风应力、黄海暖流、太平洋年代际振荡指数位相和ENSO事件的响应。断面表底层盐度时空模态有二种:鲁南近海型和南黄海槽型,模态时间分量主要有准周期变化和线性趋势变化,表层盐度南黄海槽型模态有显著线性降低趋势,表底层盐度鲁南近海型模态准平衡变化。表底层盐度模态是对辽南水、渤南沿岸水和黄海暖流水盐度年际变化的响应。     

北黄海冬季温盐年际变化时空模态与气候响应

根据1977-2012年历年2 月份北黄海断面表底层温度、盐度观测资料,采用旋转经验正交函数（REOF）、跃变分 析、最大熵谱分析和延迟相关分析等方法,分析了断面温度、盐度年际变化时空模态和机制。断面表底层温度、盐度时空模 态主要有两种：开阔海型和近岸（近海） 型。温度、盐度模态的时间分量变化主要有准周期变化和线性趋势变化,温度模态 时间分量存在显著线性升高趋势。历年2月平均气温年际变化主要影响开阔海型温度模态,历年1 月经向伪风应力和年际变 化主要影响近岸型温度模态。盐度模态主要受渤南（鲁北）水和辽南水盐度年际变化影响,受渤南（鲁北） 水影响的盐度模 态,模态时间分量存在显著线性升高趋势;受辽南水影响的盐度模态,模态时间分量存在显著线性降低趋势,其中模态线性 升高的斜率大于模态线性降低的斜率。     

东亚夏季气候主要模态的年际变化及其机理

主要研究了东亚(中国和日本)夏季气候(降水和气温)主要模态的年际变化及其机理。研究发现,中国区域夏季降水和气温的大尺度年际变化间有很强的耦合:大范围多(少)雨对应大范围低(高)温。奇异值分解的第一个模态的长期变化主要反映了长江中下游地区降水逐年增加(变湿)的趋势而气温逐年降低(变冷)的趋势。在70年代中期以后,长江中下游地区降水和气温耦合变化的准两年分量明显增强。研究表明,影响长江中下游地区夏季降水和气温年际变化的大尺度环流背景异常十分相似,即主要是两个遥相关型:太平洋-日本(PJ)型和欧亚型遥相关型。与夏季东亚梅雨异常相联系的长江中下游地区降水和气温异常是中高纬度干冷空气和低纬度暖湿空气相互作用的结果。热带西太平洋海表温度异常和相关的对流活动的年际变化通过PJ型对东亚地区夏季降水和气温的年际变化产生十分显着的影响。西太平洋对流活动与北半球大气环流遥相关的相互作用有明显的季节性。PJ型不仅是夏季西太平洋对流活动与北半球夏季热带外地区500hPa高度场年际变化耦合相互作用的最重要模态,而且也是两者各自变化的一个十分重要的模态。1984年夏季北半球500hPa位势高度主振荡型分析表明存在着能量从热带西太平洋向东亚北部的PJ型的振荡传播。低纬度的影响可传播到70°N,同时也存在能量从高纬度向低纬度的传播.即从极地传播到70°N。高纬度和低纬度的影响在70°N附近汇合。     

北黄海夏季溶解氧与表观耗氧量年际变化时空模态

根据北黄海夏季断面1976~2015年历年8月监测资料,采用时空分析等方法,研究了北黄海夏季断面溶解氧含量和表观耗氧量年际变化时空模态.溶解氧含量与表观耗氧量年际变化分别有3种主要时空模态,第一、二模态是近底层水体低氧、贫氧年际变化的主要影响分量,第三模态是混合层水体高氧、富氧年际变化主要影响分量.生物活性组分(BAC)耗-生氧与海洋环流输送增减氧过程是夏季溶解氧含量与表观耗氧量年际变化主要影响因素,温跃层强度年际变化不是主要影响因素.2001年后,表层月海气氧通量年际变化由氧汇分布为主转变为氧源分布,表层溶解氧含量增大以及生物活性组分生氧作用增强年际变化是这种转变的原因.北黄海夏季断面年平均溶解氧含量、表观耗氧量空间分布相似性较低,夏季断面年平均温度、盐度以及沉积物需氧、风生环流是年平均溶解氧含量、表观耗氧量分布的主要影响因素.生物活性组分耗-生氧过程是断面各层月平均溶解氧含量、表观耗氧量年际变化主要影响因素,温度变化是次要因素.由于断面水体低氧幅度与贫氧面积显著线性增大,与30多年前比较,黄海溶解氧含量、表观耗氧量场季节变化空间分布与时间形态已经发生改变.     

渤海夏季海水磷酸盐年际时空演变

根据1978-2011年渤海断面历年8 月海水表底层活性磷酸盐监测资料,采用REOF、最大熵谱和延迟相关分析等方 法,分析渤海夏季表底层活性磷酸盐年际时空变化有3种模态：河口型、辽东湾型和开阔海型。其中河口型和开阔海型模态 年际变化为显著周期和线性减小趋势。辽东湾型模态年际变化为显著周期的准平衡变化。磷酸盐3 种时空模态之间存在延迟 相关关系,夏季海流、水温、浮游植物生消以及磷酸盐再生、排放、海水-沉积物交换、磷酸盐沉积等过程年际变化与3 种 形态的磷酸盐年际变化位相延迟相关分布有关。渤海夏季断面海水磷酸盐浓度年际变化呈现波动形减小,2004 年后,渤海中 部磷酸盐浓度显著减小。     

渤海冬季溶解氧与表观耗氧量年际时空变化

根据渤海断面1978-2013年历年2月表底层海水温度、盐度、溶解氧观测资料,采用旋转经验正交函数(REOF)、最大熵谱和延迟相关分析等方法,分析得出:渤海冬季表底层溶解氧年际变化主要有2种时空模态:开阔海型和黄河口型,第1种模态时间分量为显著周期和线性下降趋势变化,表底层水体存在溶解氧显著线性降低趋势;第2种模态时间分量为显著周期准平衡变化。渤海冬季表底层表现耗氧量年际变化主要有2种时空模态:渤中-黄河口型和辽河口型,第1种模态时间分量为显著周期和线性上升趋势变化,表底层水体存在显著线性贫氧趋势;第2种模态时间分量为显著周期准平衡变化。冬季渤海中部和黄河口附近海域是出现溶解氧降低与贫氧状况显著线性趋势的主要海域,海洋生化效应和冬季水温模态年际变化是影响渤海冬季溶解氧、表观耗氧量模态年际变化的主要因素之一。渤海冬季表层溶解氧、表现耗氧量时空模态出现10a尺度跃变。     

山东夏季气温年际变化形成的气候特征

为研究本地区短期气候预测方法,利用山东80个代表站夏季平均气温、降水量资料和NCEP／NCAR月平均再分析资料(1961～2001年),分析了夏季平均气温年际变化的气候特征、冷暖夏的环流形势及夏季风与气温的关系。结果表明：EOF第一模态几乎反映了整个温度场的时空变化特征;夏季气温标准化距平年际变化显著,有弱线性增温趋势;极端冷、暖夏大气环流形势差异明显,显著差异区在亚欧一北太平洋地区,冷夏年中高纬度欧亚大陆存在正欧亚一太平洋(EUP)型遥相关,东亚地区有负太平洋-日本(PJ)型波列,暖夏年反之。东亚夏季风强弱与山东夏季气温关系密切,强(弱)夏季风时,易造成山东暖(冷)夏;同期降水对气温有负反馈,对气温升高有一定的抑制作用。     

黄渤海夏季水温垂直分布的年代际变化

海洋水温的时空分布是海洋学研究的基本内容之一,利用1970-1999年World Ocean Database的6-8月水温数据,分析了黄渤海水温垂直分布的年代际变化。结果表明,水温垂直分布有年代际的变化,上层和下层水温差异有增大的趋势。深层冷水区出现的位置和范围大小也存在变化,以80年代的范围最大。以△T/△z≥0.2°C/m作为跃层判断标准,黄渤海存在明显的夏季温度跃层。温度跃层强度在不同海域有较大的差异,也存在年代际的变化。渤海的温度跃层强度变化较小,基本维持在较低的水平,而黄海的温度跃层强度较大。     

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。     

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.     

渤海无机氮年际变化分析

根据1985－1998年渤海断面资料分析，高浓度无机氮水体从断面近岸海域通过底层水体逐年向渤海中剖迁移和扩散。断面海域底层一无机氮浓度的年际变化可以比较稳定地反映水体的富营养化程度。渤海断面海域硝酸盐氮、亚硝酸盐氮年际变化的主要部分原本呈现准平衡态变化，由于海水污染程度的持续增长，破坏了这种准平衡态年际变化，海洋生物－化学过程仅能够维持其年际变化的次要部分呈现准平衡态变化，但是不足以阻止其主要部分脱离准平衡态变化。海洋生物的繁殖和聚集密度对无机氮浓度的空间分布有重要影响。     

北半球雪水当量季节和年际尺度时空主模态变化特征

利用美国冰雪中心提供的29年(1979—2007)月平均卫星遥感雪水当量(SWE)资料,研究了北半球雪水当量季节和年际变化的时空特征。在季节尺度上,欧亚大陆中西伯利亚高原及以东高纬度和北美大陆高纬度区域都有相比其它区域积雪早、融雪晚的特点;北半球平均的雪水当量在春、秋季节一般都有2个月的持续性,但晚冬到春季则存在春季障碍;季节变化的时空主模态以冬夏年周期振荡的半球一致型为主,方差贡献达93%。在年际尺度上,整个时间段各季节的SWE没有显著的线性减少趋势;SWE的时空分布主要存在两个主模态,分别占总方差贡献的13.1%和8.3%。第一模态主要反映了欧亚大陆中西部SWE的变化特征,第二模态则主要反映了北美中高纬度地区SWE的变化特征。     

全球春-秋季风降水的年际变化主模态时空特征

本文用季风区降水的年较差来表征季风的强度,对全球季风的春-秋季风降水强度年际变化的主模态进行了分析。研究表明,春-秋季风降水强度的年际变化主要体现在前两个模态的时空变化中,累积方差贡献为19.4%。第一模态为热带太平洋模态,体现了热带太平洋上的季风降水特征,这一模态主要受到ENSO事件的影响,特别是超强厄尔尼诺事件的衰减年对应着春季衰减的厄尔尼诺型海表温度异常和秋季发展的拉尼娜型海表温度异常,进而导致热带太平洋上出现较强的春-秋季风降水的反差。第二模态为热带大西洋模态,主要体现了热带大西洋上的季风降水特征,这一模态主要受到大西洋Nino的影响。     

黄海月平均风、气压、气温场季节与年际变化时空模态

根据1973年至2016年黄海沿岸风、平均海平面气压与气温观测资料,采用旋转经验正交函数(REOF)、调和分析和延迟相关分析等方法,研究了黄海月平均风应力、风速、平均海平面气压、气温场季节与年际变化时空模态.月平均风应力、风速场主要有4种时空模态,风应力模态空间分量分布与风速模态不完全相同,风应力、风速模态季节周期分量多数为不稳定,风应力、风速场强度年际变化显著线性减弱,对黄海环流以及物理、化学要素场季节与年际变化有显著影响.月平均气压、气温场季节循环与年际变化主要有2种时空模态,气压、气温模态季节周期分量的位相均为准稳定季节变化;振幅为不稳定季节变化.气压模态为准平衡态年际变化,大尺度气压系统季节与年际变化是黄海气压场模态的主要影响因素.气温模态为显著线性升温趋势年际变化,海气、陆气热交换作用对黄海气温场模态季节与年际变化有显著影响.     

渤海夏季底层氧亏损分布的年际差异分析

通过2014年和2019年观测资料分析了渤海夏季底层水体氧亏损空间分布的年际差异,同时首次揭示了黄河口东侧莱州湾口区域的氧亏损现象,并利用三维物理生态耦合模式ROMS-CoSiNE探究了氧亏损分布年际差异的影响因素。2014年秦皇岛外氧亏损区(以溶解氧(dissolved oxygen, DO)饱和度小于70%为统计范围)主要向东扩展,而2019年则向东南向扩展; 2014年黄河口外氧亏损区主要位于浅滩西南侧的深水洼地,而2019年则从浅滩西侧洼地延伸至黄河口外及莱州湾口区域。通过估算跃层存在期间底层水体的氧收支,得到垂向扩散和生物耗氧分别是底层DO浓度变化的主要源和汇。2014年和2019年秦皇岛外氧亏损空间分布的年际差异,与垂向扩散的差异有关,垂向扩散较弱的区域DO降低速率及降低量较大,氧亏损较强。2019年莱州湾口区域氧亏损与垂向扩散及跃层持续时间有关,较强的黄河径流与南风,有利于冲淡水的扩散,使得莱州湾口区域的跃层强度较大,垂向扩散较弱,DO降低速率较大,跃层持续时间较长,氧亏损强于2014年。此外, 2014年秦皇岛外区域和黄河口外洼地区域DO较低也主要是由2014年跃层持续...