海洋初始状态对预报2002/03年中太平洋型厄尔尼诺事件的作用

2002/03年厄尔尼诺事件,是暖海温中心出现在赤道中太平洋区域的一种新型厄尔尼诺,即中太平洋型厄尔尼诺。本文基于一个厄尔尼诺预测系统,利用三组回报试验来详细区分海洋表层和次表层初始状态对预报2002/03年中太平洋型厄尔尼诺事件的作用,并由此来探寻对预报厄尔尼诺演变过程最有利的初始条件。回报试验分为三组:(1)仅同化海表温度观测(sea surface temperature;简称SST)来优化海洋表层初始状态(Assim_SST);(2)仅同化海表高度观测(sea level;简称SL)来更新海洋次表层初始状态(Assim_SL);(3)同时同化SST和SL观测来一起更新海洋表层和次表层初始状态(Assim_SST+SL)。回报试验结果表明,三种不同的初始条件都可以使模式提前一年成功地预报2002/03年厄尔尼诺事件,并且"Assim_SST+SL"回报试验的效果最好。三组回报试验结果间的对比表明:海洋表层和次表层初始状态均对成功地预报该事件有重要作用,但其作用分别集中在事件发展的不同阶段。精确的海洋表层初始状态更容易激发模式预报出一次厄尔尼诺事件,而更合理的海洋次表层初始状态则能有效地提高厄尔尼诺事件预报的强度。     

厄尔尼诺形成机制的数值研究

在中国科学院大气物理研究所研制的第三代大洋环流模式(L30T63OGCM)的基础上,提高模式的水平分辨率,建立了纬向和经向水平分辨率分别为1.5°和1°的较高分辨率的全球大洋环流模式,分析该模式1959年1月~1998年12月的积分结果,以此研究厄尔尼诺事件形成和演变的物理机制。对数值模拟结果的分析表明:西风爆发可引起表层洋流异常,异常的平流作用是海表温度距平形成厄尔尼诺模态的主要原因;表层洋流异常及由其引起的海表高度异常可导致次表层海水垂直输送的异常,异常的垂直输送作用是形成次表层海温距平厄尔尼诺模态的主要原因。     

两类El Niño事件对中国近海及毗邻海域海表温度的影响

为研究东部型和中部型两类厄尔尼诺(El Ni?o)事件与中国近海海表温度(sea surface temperature,SST)变化间的联系,基于中国科学院大气物理研究所连续80年(1940—2019年)的SST再分析数据,采用EOF分解、合成分析等方法做了初步分析,发现中国近海及毗邻海域近80年SST变化与全球变暖密切相关。并且两类El Ni?o事件对中国近海SST变化的影响存在显著差异。东部型El Ni?o事件发展过程中,中国近海及毗邻海域SST在发展年主要为负异常,衰退期为正异常;中部型ElNi?o事件发展过程中, SST变化区域差异大,发展年日本附近海域为正异常, 28°N以南为弱的负异常。两类El Ni?o事件引发西太平洋风场反气旋涡的时间、位置与强度等的不同,是造成中国近海风场与海表温度异常(sea surface temperature anomaly, SSTA)差异的主要原因。     

厄尔尼诺和反厄尔尼诺与登陆斗门-厓县热带气旋的统计关系

ENSO事件是海—气相互作用的一种突出表现。它的出现会引发世界范围内的气候异常，从而导致台风活动的异常。根据1884—2000年的台风资料，采用统计的方法分析厄尔尼诺(暖事件)和反厄尔尼诺(冷事件)与登陆斗门—厓县热带气旋的关系得出：中等强度的冷、暖事件与登陆斗门—厓县热带气旋个数关系不明显：而在强或弱冷、暖事件中，冷事件影响年登陆斗门—厓县的热带气旋明显偏多。特别是在冷、暖事件影响下，登陆斗门—厓县热带气旋异常偏多年中，冷事件影响年占了64％。     

三门湾沉积记录中长链烯酮不饱和指数-海表温度和浮游动物群落对厄尔尼诺/拉尼娜的响应

应用沉积地层记录中长链烯酮不饱和指数(U3K7)估算1916—2003年三门湾表层海水温度(SST)与变化。SST波动范围为15.97~18.00℃,年平均为17.03℃。该值比当年实测海水全年平均温度低3.52℃,同时应用长链烯醇不饱和指数与SST的关系重建历史上的厄尔尼诺现象。研究显示三门湾的厄尔尼诺气候事件在大尺度上与东太平洋一样均受制于气候影响,在变化尺度上又受到地理位置和地方性气候(季风)的影响,厄尔尼诺事件在形式和年代上相互对应,但是其涛动幅度不如东太平洋的强烈。通过比较厄尔尼诺期间(2003/2002年)和非厄尔尼诺期间(2006/2005年)的浮游动物群落结构变动信号、生物量、密度以及物种多样性等,在厄尔尼诺时期浮游动物种类数、生物量和丰度呈现偏高的趋势,三门湾的暖水性浮游动物类群、数量变化与台湾暖流活动过程中携带的浮游性动物有密切的联系。     

孟加拉湾海平面异常的年际变化及其对ENSO的响应

利用卫星高度计数据分析了1993年1月至2009年12月孟加拉湾海平面变化特征。分析表明,孟加拉湾海平面的平均上升速率为1.9mm/a。孟加拉湾SLA(海平面异常)明显地受ENSO(厄尔尼诺与南方涛动)循环的调制,前者对东太平洋海表面温度异常Nino3指数呈现显著的反位相相关。厄尔尼诺事件发生时(如1997年),孟加拉湾平均SLA呈现负值;拉尼娜事件发生时(如1998年),孟加拉湾平均SLA呈现正值。ENSO循环通过孟加拉湾海域风场异常和赤道处的西风异常来影响孟加拉湾SLA。厄尔尼诺事件发生前,首先在西太/东印度洋出现赤道西风异常,之后孟加拉湾上空出现反气旋式风场异常,通过Ekman抽吸使得海湾四周的海平面异常下降,海湾中心的海平面异常上升;拉尼娜事件发生时则正好相反。比容海平面异常对孟加拉湾平均海平面异常的年际变化也有贡献。经小波相干分析发现,在3.5—5.0年周期的范围,孟加拉湾的比容海平面异常和Nino3指数存在位相相反的相干;由于孟加拉湾是西太-东印度洋暖池的一部分,当厄尔尼诺事件发生时,暖池温度下降,孟加拉湾海水温度也下降,故热胀冷缩引起比容海平面降低。     

近50年华南沿海SST热事件变化的时空特征

根据华南沿海10个海洋站1960-2009年实测海表温度(SST)资料统计分析了近50年华南沿海SST热事件时空变化特点,得出如下结论:华南沿海SST热事件主要出现在6-8月份,SST热事件出现的频率以北部湾东北部海域最高,粤东沿海最低;导致SST热事件海区差异的原因是上升流及热带气旋存在海区差异;受全球气候变暖的影响,华南沿海年均SST有上升趋势,近50年来气候变化可划分为冷、暖两个时期,其相对暖期SST热事件的年频数、累计天数、每次SST热事件持续天数较相对冷期均有增加趋势.     

利用Argo和Aquarius卫星观测研究热带南印度洋海表盐度的季节变化

采用Argo以及Aquarius卫星观测的海表盐度月平均资料研究了热带南印度洋海表盐度的季节变化特征。结果表明,在60°—80°E,5°—15°S海域海表盐度具有显著季节变化特征;夏半年盐度升高,冬半年盐度降低;但是其异常中心与降水异常中心不对应,降水不能解释盐度的季节变化。盐度收支分析显示,在夏半年,海表盐度增加的主要原因是经向平流将赤道地区的高盐输送至该地区;其中4—5月期间,海洋垂向卷夹作用加强,对海表高盐异常也起到重要作用。在冬半年,大气降水增加,海洋表层环流使得降水引起的局部低盐水体在该区域辐合;同时,向西的纬向平流将东南印度洋的低盐水体继续输送到该地区,二者对冬半年海表盐度降低都有重要贡献。     

南海海温在两类El Ni?o衰退期的季节响应差异

研究结果发现南海海温对热带太平洋东部型和中部型厄尔尼诺(El Ni?o)的季节性响应有明显的时空差异。就时间演变而言和前人研究的结论基本一致:在两类El Ni?o事件发展年的冬季和衰退年的夏季,南海海温都会出现暖海温异常现象。就空间特征而言:东部型El Ni?o事件发生后,南海的第一次增暖中心出现在115°E以西海域,此后暖海温异常中心会向南海的东部偏移;第二次增暖发生时,其最大增暖中心位于110°E以东的海域;而在中部型El Ni?o事件时,南海的两次增暖中心都处在115°E以西海域。南海的风场异常分布不同导致了南海在两类El Ni?o事件衰退年夏季的暖异常出现空间差异。进一步机理分析表明,南海在东部型El Ni?o事件衰退年夏季的增暖主要是受印度洋海盆模态(India ocean basin mode,IOBM)的影响;而南海在中部型El Ni?o事件衰退年夏季的增暖主要是由于热带中太平洋暖海温的影响。     

2016与1998年春季北大西洋海表温度异常的差异及成因

利用再分析资料以及混合层海温诊断方程, 研究1997—1998与2015—2016年超级厄尔尼诺次年北大西洋海表温度异常(sea surface temperature anomalies, SSTA)的差异及成因。结果显示, 北大西洋SSTA在1998年春季呈明显正负正三极型式分布, 而在2016年呈弱的负正负型态。诊断热带北大西洋SSTA的影响因素表明, 1998年春季暖SSTA除了之前研究强调的海洋表面向大气的潜热输送异常减少, 以及吸收太阳辐射的增加外, 海洋动力过程即Ekman纬向漂流也起着重要的作用。热力过程与厄尔尼诺峰值后出现的北大西洋涛动(North Atlantic Oscillation, NAO)负位相有关, 其可引起亚速尔高压减弱, 产生西南风异常, 通过风-蒸发-海表温度(sea surface temperature, SST)反馈机制使热带北大西洋蒸发减弱, 海表增暖, 沃克环流下沉支的东移对这一增暖也有贡献。与1997—1998厄尔尼诺事件不同, 2015—2016厄尔尼诺事件没有强迫出负位相NAO, 而是出现弱NAO正位相, 热带北大西洋为弱的东风异常, 使海表发生一定的冷却, 形成2016春季北大西洋SSTA与1998年的明显差异。     

1986—1987年El Ni■o事件期间赤道西太平洋温、盐度场和流场的变化

本文根据1985—1988年4次考察中140°E断面的温、盐度和海流资料指出,由于1986—1987年E1 Ni(?)o事件的出现,因而原先积聚在西太平洋赤道海域的上层暖水减少,次表层水和中层水显著抬升,从而改变了热带海域的温、盐度场结构。此外,南赤道流几乎消失以及赤道潜流核心层速度的明显减弱,是这次E1 Ni(?)o事件造成的海流方面的重要变化。结合1982—1983年E1 Ni(?)o事件爆发前137°E断面表层动力高度的分布变化,可初步认为西太平洋赤道海域已具备了产生下一次E1 Ni(?)o事件的海洋学条件。     

IOCAS ICM及其ENSO实时预测试验和改进

厄尔尼诺和南方涛动(ENSO)是仅次于季节变化的最强年际气候变率信号,对全球气候和天气产生重要影响。准确、及时、有效地预报ENSO事件的发生和演变具有重大的实用意义。以中国科学院海洋研究所冠名的中等复杂程度海气耦合模式(IOCAS ICM),每月定期进行ENSO实时预报试验。IOCAS ICM实时预报结果目前收录于美国哥伦比亚大学国际气候研究所(IRI),以作进一步的集成分析和应用。该模式的大气部分是一个描述对海表温度(SST)年际异常响应的风应力异常经验模式,海洋部分包括了动力海洋模块、SST距平模块(嵌套于动力海洋模块中)和次表层上卷海温(T_e)距平模块三部分。IOCAS ICM的特点之一是开发了次表层海温反算优化这一创新技术,可有效改进热带太平洋SST异常的模拟和预报。IOCAS ICM和其他海气耦合模式的最新预报结果(以2017年9月为初条件)表明,2017年年末热带太平洋会处于一个SST冷异常态,最大变冷中心集中在赤道东太平洋,但并不足以达到拉尼娜(La Ni?a)事件的水平,SST冷异常可能会在2018年春季逐渐减弱,转化为中性状态。此外,本文还对四维变分资料同化方法(4D-Var)以及条件非线性最优扰动方法(CNOP)在IOCAS ICM中的应用进行了讨论。     

北太平洋晚冬海表温度持续异常现象的机制分析

依据再分析的海洋温度、盐度月平均资料和观测的热通量资料,确定了北太平洋中纬度晚冬海表温度(SST)持续异常现象较明显的海域是位于38°-42°N,158°E-172°W的西部海域和位于35°-42°N,172°W-145°W的东部海域.分析结果表明,西部海域,晚冬SST持续异常现象的主要机制是海洋上混合层的"再现机制";而东部海域晚冬SST的持续异常现象主要是海面净热通量的持续异常所致.由于冬季北太平洋西风异常导致的上混合层深度季节的差异在1976年前后的不同,1976年后晚冬混合层深度深,"再现机制"的作用明显,SST持续异常现象更容易出现.     

太平洋赤道不稳定波强度变化及其与ENSO的关系

文章利用1991—2015年卫星海表温度(sea surface temperature,SST)研究了太平洋赤道不稳定波(tropical instability waves,TIWs)强度变化特征及其与厄尔尼诺?南方涛动现象(El Ni?o-Southern Oscillation,ENSO)的关系。首先采用带通滤波法将TIWs强度量化为赤道东太平洋SST的季节内(20~50d)波动振幅,发现强TIWs分布于尼诺3(Ni?o3)区域(150°W—90°W,5°S—5°N),平均强度达到0.2℃,赤道至3°N之间甚至超过0.35℃,在赤道南侧TIWS相对较弱,只在1998、2007、2010年3个拉尼娜(La Ni?a)年冬季达到0.2℃。文章不但证实La Ni?a年TIWs较强、厄尔尼诺(El Ni?o)年TIWs较弱的规律,而且发现TIWs强度与ENSO并非同相变化,TIWs强度变化超前ENSO 2~3个月,这是TIWs与Ni?o3区SST对ENSO相关赤道动力、热力过程反应时间差异所致,TIWs强度与赤道表层纬向流剪切强度以及冷舌锋面强度呈同期正相关,而Ni?o3指数滞后这2项指标2~3个月变化,三者都是ENSO循环的一部分。这意味着能够用卫星观测的TIWs活动(如SST)提前表征ENSO的位相和强度。     

厄尔尼诺现象和闽浙沿岸夏季表层盐度值的变异

一、引言近年来,笔者曾探讨过厄尔尼诺现象和在闽南—台湾浅滩渔场上升流演变的关系,发现了在厄尔尼诺年夏季(除了次级厄尔尼诺年如1969年和厄尔尼诺年如1965,1966年8—9月外),在东山站出现表层盐度(按月平均值)较低。众所周知,厄尔尼诺现象是一种非周期性,全球性的海—气异常现象,不会仅局限于某一站水文要素异常的变化,也许还会涉及范围广些,闽浙沿岸夏季表层盐度变化规律如何?与厄尔尼诺现象有关? 日前人们对于厄尔尼诺现象预报还没有找到切实可行方法,还在很艰苦探索中。但是,为     

影响浙江近海营养盐分布主要水动力因子的探讨

本文根据1980年7月浙江近海(27°30′29°30′N,123°30′E)的调查资料,初步分析了影响营养盐分布的主要水动力因子。 一、浙江近海营养盐分布 图1表示表层活性硅酸盐(虚线,单位μg.atomsi/L)分布。由图可见,其分布近似一舌状,与表层盐度分布(实线,单位‰)明显     

赤道Kelvin波与El Nio事件

本文拟从赤道波导作用这一侧面探讨E1 Ni(?)o(厄尔尼诺)事件发生的机制。通过求解运动方程,得到赤道Kelvin(开尔文)波动解。假定运动过程绝热,如考虑平流输送作用,可给出亦道Kelvin波引起E1 Ni(?)o事件发生前期亦道中、东太平洋SST的局地变化和海洋上层热含量变化的定性解析表达式。表达式表明SST异常及上层热含量的变化均随赤道Kelvin波向东传播。利用赤道Kelvin波还可解释1982—1983年E1 Ni(?)o事件前期风场异常的作用,前期(?)(SST)/(?)t为正时SST异常的时,空分布以及(?)(SST)/(?)t为正时SST异常之所以自西向东传播的原因。因此,有理由认为亦道Kelvin波可能是激发更E1 Ni(?)o事件发生的一种机制。     

1984──1989年165°E断面海水温盐结构的距平变化

使用1984—1989年期间中美海-气相互作用合作研究及法国ORSTOM完成的沿165°E断面共17个航次调查中的温、盐资料,对1986—1987厄尔尼诺（E1Nino）及1984-1985,1988年反厄尔尼诺（LaNina）事件期间海洋上层温、盐结构的变化作了分析。文章指出,165°E断面温、盐结构的变化具有明显的厄尔尼诺-南方涛动变化周期之特征;研究期间E1Nino与LaNina温、盐结构的差别主要表现在盐度分布及次表层温度结构的不同;165°E断面上的温、盐结构在E1Nino及LaNina期间的变化是各种海-气相互作用结果的反映,其中赤道带纬向风及赤道表层流系的变化是该海区温、盐结构变化的主要原因。     

风应力桥梁作用下热带太平洋和热带印度洋相互作用的数值试验

利用中等复杂程度全球热带大气和热带海洋模式的数值试验,模拟分析了热带太平洋和热带印度洋通过风应力桥梁的相互作用过程.利用NCEP再分析的1958～1998年SST强迫大气模式得到的风应力与NCEP再分析的同期热通量共同驱动海洋模式,作为控制试验;和控制试验平行,但强迫大气模式的SST在某一海盆取为多年气候平均值的试验作为敏感性试验.比较控制试验与敏感性试验模拟的SST变率,揭示了热带某海盆SST异常通过风应力桥梁作用对其他海盆SST的影响及其过程.数值试验结果表明:热带某海盆SST暖(冷)异常一般总是引起该海盆上空西部西(东)风异常和东部东(西)风异常;热带太平洋SST暖(冷)异常导致年际尺度上印度洋上空东(西)风异常和年代际尺度上热带印度洋风场辐散(合),该风应力导致热带印度洋年际SST暖(冷)异常以及年代际SST冷(暖)异常,但这种异常均较弱;热带印度洋SST暖(冷)异常导致热带太平洋上空东(西)风异常,该风应力异常在年际和年代际尺度上均导致热带太平洋SST冷(暖)异常,但年代际尺度上异常更明显.考虑到热带印度洋SSTA受热带太平洋SSTA影响大,并且热带太平洋SST暖(冷)异常主要通过表面热通量导致热带印度洋SST变暖(冷)的观测事实,文中揭示的热带印度洋SST暖(冷)异常通过风应力桥梁作用导致热带太平洋SST冷(暖)异常的结果表明,热带印度洋SSTA对于热带太平洋SSTA主要起着一种负反馈作用,并且这种负反馈作用在年代际尺度上更为明显.     

我国海洋浮标技术的新成就——HFB1—1A型海洋浮标站首创在海上连续正常工作320余天的记录

国家海洋局东海分局,于一九八四年九月上旬,在我国黄海南部海域,即北纬33°14′18″,东经122°12′0″布放了HFB1—1A型海洋浮标站。该浮标站于一九八四年九月十三日起开始按固定程序,每日四次自动向岸站发送这个海区的风力、风向、气温、气压、湿度、海水表层温度、盐度;自记海水的流速、流向等适时实况气象、水文数据资料。岸站将上述数据资料又及时地转发给北京国家海洋局海洋环境预报中心。一九八五年八月四日,海