南海海面高度年际变化的S-EOF分析

应用依赖于季节的经验正交甬数(S-EOF)分析,探讨了最近15a南海海面高度随季节演变的年际变化.S-EOF分析得出南海海面高度异常各模态不同季节的空间结构以及时间演变过程,证实了季风强盛期冬季和夏季基本模态的结构,还分离出了季风转换期(春季和秋季)海面高度的分布格局.结果表明,南海海面高度随季节演变的年际变化与厄尔尼诺和拉尼娜事件密切相关.S-EOF1的结果表明,南海海面高度的变化具有明显而稳定的季节振荡,但在ENSO年海面高度的季节振荡相对减弱;S-EOF2模态显示了1998-2001年间冬季吕宋岛西侧存在一个较强的正异常,且能一直持续到春季;S-EOF3模态主要体现了南海西部一系列中尺度涡状结构的年际差异,包含1997/1998年厄尔尼诺对南海环流的影响.     

南海QuikSCAT海面风场变化特征分析

基于QuikSCAT海面风场产品,对海面风场资料进行了EOF分析和随机动态分析,以此分析南海海面风场的变化特征。研究发现:海面原始风场风速季节变化最为明显,其变化占总变化方差的59.1%,黑潮的季节变化通过海气相互作用对南海局地风场有较明显的影响;原始风场第三模态及异常风场第二模态时间变化函数与SOI和PDO弱相关,且异常风场第二模态时间变化函数谱分析结果主要呈现5年的周期变化,南海海面风场变化与年际振荡有关;南海大部分海区风速呈现增长的趋势,但增长速率较小;风速增大最快的区域是台湾海峡以南海域和北部湾,增长速度达到0.05 ms-1a-1。     

北印度洋-南海海域海浪场、风场的年际变化特征分析

利用1957年9月～2002年8月共45年的逐6小时ERA40 10 m风场,驱动WAVEWATCHⅢ海浪模式,得出北印度洋-南海海域3小时一次,分辨率为0.5°×0.5°的海浪场;对上述海浪场和对应风场进行EOF分析,讨论它们的年际变化的特征。研究结果指出:亚丁湾以东洋面、孟加拉湾和南海都存在海浪和风速场的高值变化中心,尤其是亚丁湾以东洋面风力最强,有效波高最高;赤道印度洋中东部有效波高为高值区可能是南印度洋西风带产生的涌浪向北传播引起的;北印度洋-南海海域海面风速和有效波高呈线性增强趋势,海面风速还存在3年左右的周期变化现象。     

太平洋东南海域海面高度的季节及年际变化特征

利用1992～2001年Topex/Poseidon卫星高度计遥感资料分析了太平洋东南海域 (5°～55°S ,70°～110°W)海面高度的季节及年际变化特征。研究结果表明 ,海区海面高度的季节变化总体上受太阳辐射季节变化的影响 ,南半球夏季 (1～3月 )和秋季 (4～6月 )大致为正距平 ,而冬季 (7～9月 )和春季 (10～12月 )大致为负距平 ,1996～1998年除外 ;同时 ,受季节性风场、海区罗斯贝波等的影响 ,海面高度变化的区域特征性很强。海面高度的年际变化在低纬处和沿岸还受ElNino影响。     

南海大尺度动力场年循环和年际变化

应用COADS风应力、Levitus温度资料，描述南海上层海洋动力场的年循环及其与热力场之间的关系和南海大尺度动力场的年际变化。针对冬、夏2个季节，分析Sverdrup环流场与上层海温之间的关系。研究发现，上层海温变化与上层海洋环流基本结构非常相似，即上层海温变化在一定程度上反映了南海Sverdrup平衡，而且随着浓度的增加，平均海温场与流函数场之间的对应关系更好。本文还着重分析了El Nino期间和La Nina期间的南海异常流函数场。研究发现，异常流函数场在El Nino期间的夏季主要是强化南海自身的环流结构，即强化南部反气旋式涡流（gvre)和强化北部气旋式涡流；冬季则削弱整个南海的气旋式流场。LaNina期间对夏季环流态的影响主要集中在南海北部，即削弱北部气旋式涡流，而对于南海南部的影响甚微；冬季则强化整个南海的气旋式流场。     

东中国海及毗邻海域海面风场季节及年际变化特征分析

本文基于美国Remote Sensing Systems公司提供的QuickScat海面风场产品,空间分辨率为0.25°×0.25°的月平均资料,进行了两种经验正交函数分解(EOF),以此分析研究中国近海(渤海、黄海、东海)以及台湾以东、以南洋面海面风场的季节变化和年际变化特征。研究发现:(1)季节变化是东中国海海表面风速变化的最主要特征,其变化占总变化方差的70.9%,黑潮的季节变化,通过海气交换影响其流经海域局地风场;(2)东中国海及毗邻海域海表面风速变化与太平洋年际变化以及热带风暴爆发有关,东中国海海表面风速年际变化显著的周期为1.5年和3.1年;(3)东中国海海域近年来整体上海表风速处于增大的趋势中,风速增大最大的区域出现在台湾东侧海域黑潮流经区域,最大增速在0.025 m/s/a以上。     

南海近海面风场变化特征及其与ENSO的相关性研究

利用1979—2017年共39 a欧洲中期天气预报中心(ECMWF)海表面10 m风场资料,采用经验正交函数方法(EOF)、小波时频特征分析等方法分析了南海近海面风场变化特征及其对ENSO的响应。结果表明:南海近海面风场第一模态海表面平均风速呈减小趋势,呈现年代际变化,且与ENSO相关,但相关性在1990年后趋于减小;第二模态中南海北部和南部平均风速呈减小趋势,中部增大;第三模态中南海中部海表面平均风速趋于减小,北部和南部增大,第二和第三模态均表现为年际变化,且均与ENSO显著相关,近年来ENSO与第三模态的相关性逐渐增强。春季南海表面平均风速从南到北逐渐增加;夏季在越南沿岸部分海域仍有一个风速极大值中心,从该海域向四周逐渐减小,整片海域风向均是西南风;秋季由南向北依次增加;冬季南海整片海域风速都较大,越南沿岸和我国东沙群岛海域存在两个极大值中心。     

南海海面风、浪场时空变化特征及其关系分析

利用长时间序列的卫星观测数据,对南海海域的风、浪场时空分布及其相互关系进行了分析。结果显示,海面风距平场VEOF分解后得到的第一模态具有明显的季节变化,即季风特征,说明季风是影响整个南海风速的主要因素;第二模态具有较强的区域变化特征,是季风转换时期的距平场特征;第三模态反映的是海面风距平场受陆地地形影响所表现的分布特征。有效波高距平场EOF分解后得到的第一模态、第二模态与风距平场的前2个模态的空间分布较为相似,并且,风、浪距平场第一模态间的相关系数达0.76,均说明南海作为边缘海其波浪场与风场变化有很好的相关性。有效波高第三模态的分布与风场的第三模态相关性较弱,反映的是受海底地形影响所表现的分布特征。     

南海及邻近海域海面风场季节性变化的空间差异

使用QuikSCAT月平均数据研究南海及邻近海域海面风场季节性变化的空间差异。矢量经验正交函数分析方法的结果表明,受季风影响该海域海面风场以季节性变化为主,包括年循环和半年周期循环,并且季风对各区域的影响强度也有所不同。通过计算各网格点风速时间序列的方差及季节性循环所占的比例可以得知,纬向风和经向风方差的空间分布形式不同,最大值分别发生在长山山脉以南和以东海面;与经向风相比,纬向风年周期循环所占的比例从南到北空间变化很大,从80%下降到10%,而在东海南部海域则以半年周期变化为主。选取5个代表性区域进行比较,可见海面风年变化形式也具有明显的空间差异。     

南海北部海面高度季节变化的机制

利用POM模式对南海环流进行了数值模拟和数值试验 ,结果表明 :南海北部SSH的变化主要应归于南海局地的动力、热力强迫和黑潮的影响 ;黑潮对南海北部SSH平均态的影响要大于对SSH异常场的影响 ;对于南海北部深水区冬季局地风应力与浮力通量的作用相反量级相同 ,黑潮对南海北部SSH的控制作用在冬季显得最重要 ,约占 50 %～ 80 % ;春季 ,夏季和秋季 ,局地风应力、浮力通量和黑潮三者都使深水区SSH上升 ,局地风应力使深水海盆SSH上升的作用约占 4 0 %～ 6 0 % ,浮力通量的作用约占 2 0 % ,黑潮的影响约占 2 0 %～ 30 % .在夏季 ,尽管南海北部深水海盆SSH达到全年最高 ,但黑潮对南海北部深水海盆SSH的贡献最小 .在广东沿岸陆架海域 ,SSH季节变化的机制与深水海盆SSH季节变化的机制不同 :春、夏季 ,局地风应力使SSH上升的作用几乎与浮力通量使SSH下降的作用相当 ;秋、冬季 ,东北季风使SSH上升的作用大于浮力通量和黑潮使SSH下降的作用 ,陆架区SSH为正 ,且在海南岛附近达到最大值     

南海海面高度季节变化的数值模拟

比较POM模式模拟与观测(TOPEX/Poseidon高度计资料)的南海海面高度(SSH)的季节变化在空间分布上的一致性和差异.结果表明:本文使用的POM模式能较好地模拟南海SSH的季节变化;冬季与夏季,春季与秋季南海海面异常场形式完全相反,冬季Ekman输运造成在西海岸的堆积要比夏季在东海岸堆积更明显,而吕宋冷涡中心附近和吕宋海峡海面季节变化振幅最大;除春季以外,在南海绝大部分海域,海面高度的季节变化主要受风力的控制,南海海面热量通量对SSH的季节变化贡献约为20%,风应力对SSH的季节变化的贡献约为80%.     

南海地区海气环境场的季节和年际变化

本文对南海地区(0—20°N,105—135°E)海气环境场进行EOF分析。其结果除了深入了解南海地区气候的基本场外,还揭示了叠加在基本场上的各种扰动场与热带天气系统的联系,为研究南海ITCZ等热带天气系统以及南海环境场对EL—Ni(?)o现象的反映提供了研究依据。     

南海混合层深度的季节变化及年际变化特征

通过分析新的SODA(Simple Ocean Data Assimilation)资料,得到南海混合层时空场的分布特征,剖析了南海混合层深度的季节及年际变化特征。资料分析表明:南海混合层存在着显著的季节和年际变化,且两者的均方差分布存在一定的差异。在季节变化中,冬季混合层在南海北部及西北陆架区深,在南海南部及吕宋冷涡处浅;夏季混合层在南海西北部浅,东南深。南海这种混合层深度分布特征除了与热通量的季节变化有关外,在相当大的程度上与季风引起的Ekman输送及Ekman抽吸有关。混合层深度距平场EOF(Empirical Othorgnal Function)第一模和第二模时间变化的主信号均为周期的年际变化信号,其中第一模态约为3 a,第二模态则有1.8,2.4和4.3 a的3个显著周期。EOF第一模显示混合层深度在南海东南部年际变化幅度最大,且滞后Nino3指数7个月时相关性最好(相关系数为0.422 3);EOF第二模显示在南海南部和北部混合层深度呈反位相变化。     

南海混合层深度的季节和年际变化特征

利用1871-2008年SODA资料和月平均的Levitus资料计算了南海混合层深度(MLD)的季节及年际变化特征.资料分析表明:季风通过流场调整对南海MLD的时空分布特征有显著的影响.南海MLD的距平变化总体上呈上升趋势,南海南部MLD的距平变化趋势和北部的有显著差异,特别在1955年后北部整体呈下降趋势而南部呈上升趋势,二者的显著周期北部为2-3年,南部与整个区域平均的基本相似有2-6年的显著周期.SOI指数对滞后的南海各个区域有较好的相关性.EOF分析表明第一模态整体呈单极型最大变率分布在南海南部,由南往北逐渐减小显著周期2-3年变化为主;第二模态呈偶极子型,显著周期以2-5年变化为主.回归分析表明南海南部深水区域呈现增深的趋势,而吕宋海峡至南海北部陆架区呈变浅趋势,滑动t检验表明南海MLD有6个显著的突变年份.     

基于CORA数据的南海海面温度场变化特征分析

基于2000年1月1日-2013年12月31日CORA(China Ocean Re-Analysis)的逐日平均海面温度(sea surface temperature,SST)资料,采用信息熵理论对我国南海SST场的空间分布形态及其时间变化特征进行研究。研究表明:(1)南海SST场等温线不平行纬线,呈NE-SW向分布,北部分布密集南部分布稀疏,尤其在台湾海峡及广东沿海等温线特别密集,同纬度东部高于西部;(2)夏季由于受到上升流的影响,在12°N处的越南东南沿岸存在明显的冷水舌,并持续到9月份;(3)海洋表层水温熵能够很好地反映气候态的震荡变化,可以有效分析南海表层水温季节性异常变化。了解海洋表层水温及其熵的宏观分布情况,有利于对造成水温变化的原因进行特征分析。     

南海海面散度场与涡度场的季节变化特征

本文使用ＣＯＡＤＳ海面风资料，逐月计算了南海的散度场和涡度场，发现其具有明显的季节变化。夏季的辐合区正是台风多发海域。冬半年南海东北部的正涡度区，是东北季风在海峡附近地形影响下形成的，并可能成为南海东北部冬季气旋式海洋环流维持的外强迫源。     

利用卫星遥感海面温度、高度联合反演南海北部三维温度场

利用历史观测得到的温度剖面数据,通过严格筛选和插值,建立了南海北部的气候态垂向温度剖面。随后,利用回归统计分析的方法构建了海面温度异常(SSTA)、海面高度异常(SSHA)联合扩展温度剖面的经验回归模型,并采用卫星遥感得到的SST和SSH数据扩展了南海北部的三维海洋温度场,其时间分辨率为天,空间分辨率为0.25°×0.25°。通过与观测数据的对比研究,扩展得到的温度场可以较为准确地反映南海北部温度剖面的结构特征,并且能有效地体现出一些中尺度变化过程。结果表明,本研究反演得到的三维温度扩展场是较为可靠的,它可以作为海洋数值模型的初始场,实现现场观测数据和卫星遥感数据的互补,有助于更好地分析南海北部温度场的三维结构及变化特征。     

热带太平洋海面高度年代际变化的研究

采用SODA海面高度(SSH)数据研究热带太平洋海域的年代际变化.结果表明,热带太平洋海面高度场存在与太平洋年代际涛动(PDO)时间过程基本一致的年代际变化,但是SSH异常的空间分布与SST异常的是不同的.热带海域年代际变化的典型空间分布:海面高度异常在热带海域存在东西方向的反向变化,在西太平洋只有1个变化中心,而在东太平洋形成2个对称于赤道的变化中心.热带太平洋海面高度的年代际变化有2个基本周期:13 a左右的周期和30 a以上时间尺度的气候转型周期.其中13 a周期的年代际变化与ENSO年际过程无关,是热带太平洋年代际变化的重要组成部分.由于数据时间长度的限制,气候转型的时间尺度还不明确,也不清楚其是否有明显的周期性.比较热带东西太平洋年代际变化的特征,可以发现以气候转型期的年代际信号在东西太平洋几乎是同时发生的,而13 a左右周期的年代际信号在赤道附近却存在自西向东方向的传播.     

自组织神经网络模态振幅算法及其在南海海面高度异常年际变化中的应用

作为一种非监督分类方法,自组织神经网络在气象和海洋学科中的应用越来越广泛,但该方法无法给出要素场典型模态随时间变化的振幅。基于所输入要素场与典型模态场的相似程度能够反映出典型模态在该时刻强弱程度的思想,提出了一种简便易行的自组织神经网络模态振幅算法,并应用于南海海面高度异常研究。根据该算法计算出了1993—2008年南海海面高度异常年际变化空间分布模态相应的振幅,根据振幅时间序列进一步正确计算出了Nio 3指数与这些模态的延迟相关关系,表明本文模态振幅算法有效。     

1993—2001年全球海面高度变化特征

应用TOPEX／POSEIDON（T／P）卫星高度计测高资料，对全球海洋的海面变化特征进行了分析，结果表明，1993年1月－2001年6月期间，全球海平面呈现上升的态势；全球平均海平面高度的平均上升速率约为1．2mm/a；海温的变化是引起海平面变化的重要原因，便其对海平面抬升的贡献不到50％。海平面的变化具有很强的地域特征。海平面变化的空间分布特征受风应力异常特别是纬向风应力异常的空间分布影响较大。