基于Argo轨迹资料反演热带太平洋中层流场条带状结构特征

利用Argo浮标的轨迹资料估算热带太平洋中层纬向流场的条带状结构以及其变化特征。相较于传统温盐地转流算法,基于Argo轨迹资料的反演算法的优势在于不受零参考面的选取以及赤道地转平衡失效的局限。结果表明:在赤道太平洋海域,中层(1000dbar)纬向流场在南北半球都具有条带状分布,强流分布在赤道附近海域;在远离赤道海域,北半球(9°N、13°N、18°N)有相对赤道较弱的东向流动,而南半球东向流动相对更弱,没有同北半球一样明显的东向急流。此外,热带太平洋中层流场的时间变化特征较为复杂:近赤道流的变化以季节尺度为主,而远离赤道的流则逐渐演变为多时间尺度下的变化,海洋Rossby波的调整起到主导作用。     

基于Argo实测流场数据对5套海洋模式产品中赤道太平洋中层流的评估

本文以Argo轨迹资料计算的赤道太平洋中层流(1 000 m深度流场)作为实测数据,从空间结构特征和时间变化特征两方面对5套常用海洋模式产品(OFES、LICOM、HYCOM、ECCO2和SODA)进行了评估。Argo流场显示赤道太平洋中层流呈条带状结构,且存在明显的西强东弱和南强北弱特征。此外,赤道太平洋中层流存在明显的季节变化且其相位关于赤道对称。5套模式产品的评估结果表明,SODA流场与实测流场最接近,其时空变化特征都与实测流场基本一致;其次是ECCO2流场,除流场动能偏小以外,其他各方面都与实测流场一致;OFES、LICOM和HYCOM流场的模拟效果较差,但都能再现条带状结构特征。     

ENSO循环相联系的北太平洋低纬度异常西边界流

用SODA海洋同化和NCEP大气再分析资料,分析了热带太平洋次表层海温异常主要模态与北太平洋低纬度西边界流海域上层海洋环流和亚洲-北太平洋地区大气垂直和水平流场变化之间的关系,得到以下结果:（1） 在热带太平洋海洋次表层ENSO事件具有两种模态,二者组合构成ENSO循环。第一模态为ENSO成熟期,主要出现在冬季,第二模态为ENSO过渡期,主要出现夏季。（2） ENSO循环对北太平洋低纬度西边界流区上层海洋环流有重要影响。在El Niño发展期或La Niña 衰退期,该区出现气旋性异常环流,北赤道流（NEC）加强,NEC分叉位置北移,棉兰老海流（MC）加大,菲律宾以东黑潮（KC）减小,北赤道逆流（NECC）最强。在El Niño（La Niña）成熟期,该区气旋性（反气旋性）异常环流达最强,NEC最强（最弱）,NEC分叉位置最北（最南）,MC最大（最小）,KC最小（最大）,NECC减弱（加强）。在El Niño衰退期或La Niña发展期与El Niño发展期相反,该区出现反气旋性异常环流,由此导致相应流系异常发生反位相变化。（3） ENSO循环对北太平洋低纬度西边界流海域上层海洋环流的影响是通过ENSO事件期间热带太平洋热力状况异常改变上空大气环流来实现的。ENSO事件首先造成热带太平洋海洋热力状况异常,导致其上空对流活动异常,后者直接或间接通过“大气桥”能量传输引起相关地区大气环流场的变化,致使海面风应力场异常,进而强迫上层海洋环流场的相应变化。文章最后还分析了ENSO事件期间菲律宾附近异常反气旋或异常气旋性风场的产生和持续原因,讨论了北太平洋低纬度西边界流海域海气相互作用在ENSO循环中的贡献。     

155°E断面北太平洋副热带海域夏季主要水文特征

根据日本气象厅RyofuMaru调查船干1972～1977和1989～1990年间夏季在155°E断面观测的水文资料,分析了该断面上北太平洋副热带海域(18°～30°N)的主要水文要素-温度、盐度、密度、溶解氧含量和地转流等的分布特征及其与ENSO现象之间的关系.研究结果表明,上述诸要素的分布趋势是一致的,且与地转流场相对应.动力计算给出,在北大平洋副热带海域每年夏季均出现2或3支强、次强流或二者兼有的东、西向流动,并呈带状相间分布.东向流被称作副热带逆流.根据东、西向流带的数目推论,在该海域各年夏季可能存在2个反气旋涡旋,即呈现2个顺时针次级环流系统.     

ENSO相联系的热带太平洋上层海洋异常环流

本文使用SODA(simple ocean data assimilation)海洋同化资料,系统分析了厄尔尼诺-南方涛动(El Ni?o-Southern Oscillation,ENSO)循环中冷暖位相期间热带太平洋上层海洋环流的演变规律,探讨了形成海洋环流异常的新机制。结果表明,在厄尔尼诺成熟期,热带中东太平洋赤道潜流最弱,赤道两侧出现反气旋性环流异常;西太平洋赤道外热带海域出现气旋性环流异常,该区南、北赤道流、棉兰老流、黑潮、新几内亚沿岸潜流及南赤道逆流增强;北赤道逆流区出现异常气旋性环流串,北赤道逆流接近正常。在厄尔尼诺衰退期和拉尼娜发展期,热带中西太平洋赤道潜流达到极强,赤道两侧出现气旋性环流异常;西太平洋赤道外热带海域异常环流减弱,该处主要流场的强度减弱或处于正常状态;北赤道逆流区反转为异常西向流。结果表明, ENSO循环期间的上层海洋环流异常受到热带太平洋温跃层深度异常产生的压强梯度力异常调控,在赤道外热带海洋温跃层深度异常和科里奥利力共同作用产生大尺度海洋环流异常,而在赤道海域,海洋温跃层深度异常和Gill效应造成赤道潜流异常以及关于赤道对称的气旋或反气旋性环流异常。     

印度尼西亚贯穿流及其周边海域季节内变化研究综述

<正>印度尼西亚贯穿流(Indonesian Throughflow,ITF)是全球气候系统和热盐环流的一个重要组成部分,是太平洋与印度洋在低纬度进行水体及热量交换的唯一通道,对维持全球大洋物质、动量和能量平衡有重要作用[1]。最近的研究表明,ITF还可能是热带印度洋年际异常信号进入赤道太平洋的重要海洋信号     

吕宋海峡流场季节变化的数值模拟

基于海洋模式HYCOM(Hybrid Coordinate Ocean Model),利用大小区嵌套技术,分别对全球海洋和西北太平洋进行了网格嵌套数值模拟,研究了吕宋海峡海域环流场的季节性变化。考虑全球海洋环流影响的西北太平洋模式,成功地刻画了黑潮的流结构及季节变化。吕宋海峡海洋环流流场在不同深度处差异较大,存在着明显的季节变化。黑潮入侵南海主要发生在500m深度以上,冬季最明显,夏秋两季不明显。在500m层常年存在一支南海暖流流入西北太平洋,在800m层南海暖流消失。一年四季黑潮主要通过吕宋海峡的南部和中部进入南海。1 000m层流场表明,黑潮主要通过吕宋海峡的中部入侵南海。在800~1 000m处主要是黑潮水流入南海。     

边界条件对北太平洋海盆尺度环流模式的影响

采用Stevens开边界条件,将一个闭边界海盆尺度环流模式改造成开边界模式,对20°S以北太平洋大尺度环流进行了系统模拟。考察了开边界和不同等密面扩散系数对北太平洋环流和温盐结构的影响。模式较好地再现了太平洋大尺度环流特征,模拟出了表层赤道流系(包括北赤道流、黑潮和北太平流)以及对应的顺时针环流,同时还较好地反映了温盐场的基本分布特征。从年平均的纬向平均温度和盐度的断面分布可以看出,温跃层深度呈“W”型分布,在亚极地海区有一个梯度比较大的盐度锋区。南边界打开后使得模拟的北太平洋中层水温度和盐度更低,低盐水舌加深和向南延伸加强,更加接近观测值。增加沿等密面扩散系数后得到的中层水强度更大,尤其是34.6等盐线更接近观测资料。质量输运流函数分布表明,赤道两边各有一个翻转区,亚极地地区也存在一个浅的翻转区,打开南边界可以消除因为闭边界存在产生的假的下沉流,这些都为将来进行示踪物模拟打下基础。     

ANOMALOUS CHARACTERISTICS OF THE OCEAN CIRCULATION IN SOUTH CHINA SEA DURING THE El NINO EVENTS

基于CORA再分析资料对南海环流的季节特征和其受ElNino事件的响应进行了分析。结果表明,冬季整个南海海区表现为一个大的气旋式环流,夏季南海北部是气旋式环流,南部是一个反气旋式环流。通过对南海海区异常流场进行MV-EOF分解,分析其前两个模态,其空间型主要体现了南海环流冬季和夏季的特征,对应的时间系数与ElNino3.4_4NDJ指数有很好的相关性。通过分析南海环流在1986--2008年间ElNino年份的异常流场和异常流函数场,证明了MV-EOF分解后得到的联合时间系数所反映各阶段南海环流的季节特征与ElNino事件有相关性,即在8月[0],南海南部异常流函数场表现为反气旋式环流,北部为气旋式环流,南海夏季环流被增强,且ElNino事件时间尺度越长,北部的气旋式异常流场的影响范围就越大;在12月[0],南海除了东南部外,其余整个海区异常流函数场主要表现为反气旋式环流,冬季环流被减弱;在8月[＋1],南海夏季流场强度都被削弱了。     

El Ni?o 事件期间南海环流的异常特征

基于CORA再分析资料对南海环流的季节特征和其受ElNio事件的响应进行了分析。结果表明,冬季整个南海海区表现为一个大的气旋式环流,夏季南海北部是气旋式环流,南部是一个反气旋式环流。通过对南海海区异常流场进行MV-EOF分解,分析其前两个模态,其空间型主要体现了南海环流冬季和夏季的特征,对应的时间系数与Nio3.4_NDJ指数有很好的相关性。通过分析南海环流在1986—2008年间ElNio年份的异常流场和异常流函数场,证明了MV-EOF分解后得到的联合时间系数所反映各阶段南海环流的季节特征与ElNio事件有相关性,即在8月[0],南海南部异常流函数场表现为反气旋式环流,北部为气旋式环流,南海夏季环流被增强,且ElNio事件时间尺度越长,北部的气旋式异常流场的影响范围就越大;在12月[0],南海除了东南部外,其余整个海区异常流函数场主要表现为反气旋式环流,冬季环流被减弱;在8月[+1],南海夏季流场强度都被削弱了。     

北太平洋低纬度西边界流(NMK)的时空特征

利用高分辨率的长时间序列海洋模式资料OFES(OGCM for the Earth Simulator),对北太平洋低纬度西边界流的时空分布特征及其与.ENSO循环的联系进行了初步分析.结果表明:北太平洋低纬度西边界流具有明显的季节和年际变化特征.在季节尺度上,整个NMK系统都表现为春强秋弱,而在年际尺度上,NEC和K...     

太平洋东南海域表层地转流场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°~120°W)表层流场的季节及年际变化特征。结果表明,南赤道流的季节变化主要体现在流速上,而秘鲁海流和西风漂流主要体现在流轴位置的移动上。表层流场的年际变化受El Nino影响,在El Nino期间,南赤道流和秘鲁海流均发生流向偏转现象,大部分海区流场被削弱(除低纬度海区外),而在其后的1998年La Nina期间,流场则重新被加强,西风漂流无明显的年际变化。     

从波浪到厄尔尼诺

绕极流海域存在全球最大的波浪输运量,遇陆地阻隔,在大洋东岸形成连接高纬度与低纬度之间涌浪的经向输运通道。本文分析了存在于南极绕极波(ACW)中的波浪信号以及来自绕极流海域涌浪的东向强化特征,并进一步从理论分析及定性计算的角度研究了波浪诱导的经向输运对东赤道太平洋海表面温度变化的影响,提出了波浪过程对厄尔尼诺影响的全新观点。未来工作中,我们将在海浪-海流-大气耦合模式中考虑波浪的大尺度效应,深入探究波浪在大气海洋动力过程中的重要作用。     

黑潮末端与黑潮延伸体的流场异常模态分析

对北太平洋黑潮末端及黑潮延伸体的流场异常采用复EOF分析,结果发现:该海域流场明显异常在全年四季都主要发生在黑潮末端和黑潮延伸体上,其异常的主要形式在前2个模态均表现为一条由中尺度涡旋组成的涡旋带,带上通常有两两旋转方向相反的涡旋偶。各季第一模态方差贡献表现的季节变化特征与日本以南的黑潮流量相一致,秋季最大,夏季次之。ENSO的机制是副热带太平洋经圈环流与热带太平洋纬向环流系统之间的相互作用,其在各季第一模态的年际变化上均有所反映。冬季PDO在年代际变化上表现明显,其他三季则NPGO表现明显。该海域流场异常的性质是海洋Rossby波的异常,而赤道太平洋流场异常的性质是赤道俘获波的异常,但两者均与风应力异常强迫有关。     

南海次表层和中层水团年平均和季节变化特征

为了弄清北太平洋水入侵南海的状况,利用历史观测温-盐数据等资料对其进行了分析。结果表明:在盐度极大值层北太平洋水通过吕宋海峡的入侵整年发生,并且其入侵有很大的季节变化,冬季东北季风盛行时最强。北太平洋热带水(NPTW)入侵的季节变化与次表层地转流和南海的经向翻转环流结构有密切联系。具有盐度极小值特性的北太平洋中层水(NPIW)也通过吕宋海峡入侵南海,但其季节变化与NPTW完全反位相。冬季,由于在中层水深度北向运动的南海经向翻转环流的阻碍作用,NPIW入侵南海最弱。作者认为,北太平洋水入侵南海的机制可以基本上从南海的地转流及经向翻转环流得到解释。     

西北太平洋月平均风生流的数值试验

应用正压浅水方程模式对西北太平洋月平均风生流进行了数值试验。当海面风场的尺度与太平洋尺度接近时对西北太平洋不同月份所得到的风生流和西北太平洋实际环流的某些特征十分接近,而西北太平洋水区的风场仅对近岸流的特征有重要影响。对比试验表明,西海岸附近的水深变化对西北太平洋风生流的动力学影响是显著的。     

基于卫星漂流浮标的南海表层海流观测分析

基于1989~2013年的卫星跟踪漂流浮标资料和1993~2012年的卫星高度计资料,分析了南海表层流场,给出南海各季节多年平均的实际流场和地转流场结构,对南海实际流和地转流的季节变化特征进行了初步探讨,并比较了南海各季节表层实际流场和地转流场的异同。结果表明,南海海域各季节上层环流结构与海域季风关系密切,实际流场和地转流场总体均呈现显著的季节变化特征。通过比较发现,在夏、秋、冬这3个季节,实际流场和地转流场大的环流形势特征基本相同,中小尺度的环流特征有所差别;在春季,两者则呈现出相反的环流特征,环流特征差异明显。     

越南离岸流跨海盆特征初步分析

为了更加清晰地分析南海的环流结构,本文利用南海表层卫星跟踪漂流浮标轨迹,结合卫星高度计资料,分析了南海中、南部跨海盆尺度海流。结果表明,2011年9~10月,越南沿岸流向南,并分别在11.5°N和8.5°N(等深线出现弯曲处)转向东形成越南离岸流。之后,这支离岸流在11°~16°N呈现蛇形路径,从越南东岸跨越南海南部海盆到达菲律宾西岸。分析卫星高度计数据,结果表明,秋季南海中北部被气旋式环流控制,气旋式环流南部为东向流,可从越南东部一直到菲律宾沿岸,从而决定了越南离岸流跨海盆的特征。越南离岸流的蛇形路径主要是由反气旋-气旋-反气旋-气旋交错出现的中尺度涡决定的。     

基于Argo历史观测的南海海盆尺度中层流场研究

针对南海海域海流环境复杂、中层实测数据量少的现状,本文基于2006-2016年布放在南海海域的114个Argo剖面浮标的卫星定位等信息,采用基于背景流和惯性流外推的最小二乘方法,获取南海海域1 200 m深中层流场信息,并采用Divand变分插值的方法形成网格化季节流场。结果表明:（1）针对南海中层（1 200 m）流场,单个Argo浮标可以刻画出具体的中尺度结构,如越南沿岸的反气旋涡,半径约为120 km,最大流速约为9.6 cm/s,平均流速为5.3 cm/s;（2） Argo网格化流场表明海盆尺度中层流场南海南部为反气旋环流结构,北部为气旋式环流,同时在吕宋海峡口存在从南海至太平洋的水体交换;（3）将该流场信息与HYCOM和YoMaHa'07两种资料对比,吻合度较高,与HYCOM再分析资料的偏差分布趋近于正态分布,海流的东西向分量的均方根误差为3.28 cm/s,南北向分量的均方根误差为3.26 cm/s。总体而言,利用Argo轨迹资料能够有效地反演出南海地区海盆尺度的中层环流特征。     

北太平洋低纬西边界流系特征变化研究

利用美国国家环境预报中心(NCEP)的长时间序列(1983—2012年)海流再分析资料,对北太平洋低纬度西边界流的表层分布特征、流量月变化特征及其之间的相关性进行了初步分析。结果表明:北太平洋低纬度西边界流具有明显的季节变化特征,在位置变化上表现出夏季北移,冬季南移的特征;在流速变化上表现出夏强冬弱的特征;在流量运输上表现出NEC、KC和MC的春夏季节流量运输大于秋冬季节的流量运输,而NECC则相反的特征。另外,从各海流与NEC的相关性分析上看,NEC与KC、MC为正相关,与NECC为负相关。