粤东及闽南近岸上升流对局地风场变化的响应

本文利用2010年6-7月的实测温盐、水位、海流等资料,结合风场数据,讨论了在台风影响较小的情况下,粤东及闽南近岸上升流对局地风场变化的响应特征,主要结论如下:（1）谱分析结果显示,沿岸风、水位、海流、近底层水温均具有3.5～4.0 d、5.0～5.5 d、8.3～9.0 d的波动周期,沿岸风的变化引起上升流强度在3～9 d周期上的波动;（2）上升流对局地风场变化的响应过程如下:利于上升流产生的局地风场发生变化时,沿岸风作用下产生的Ekman输运促使的上升流区水位的下降幅度发生改变,随即向岸方向的压强梯度力也发生变化,进而导致沿岸流及近底层向岸流的增强或减弱,而近底层向岸流强度的改变又会引起近底层水温的变化;（3）相关分析及交叉谱分析的结果表明,沿岸风的变化将在3 d以内影响上升流区近底层水温。以34 m向岸流代表近底层向岸流,则“沿岸风-水位-近底层向岸流-近底层水温”这一过程的响应时间依次为24 h、7 h、27 h左右。     

寒潮过程中风浪对黄海海气热量通量和动量通量影响研究（英文）

使用大气和海洋再分析资料对黄海海气间热量通量和动量通量的特征进行统计分析,并通过FVCOM-SWAVE浪流耦合模式对典型寒潮过程中风浪的影响效果进行模拟研究与对比分析。统计结果显示,通量受海表大风、海气温差及海洋环流等因子影响,秋冬季节强烈,春夏季节相对较弱,在寒潮活跃的冷季该海域的海流处于弱流期,风浪对海面通量的作用明显增强。海温特征也显示冷季的不稳定性显著强于暖季,因此该海域冷季具有更强的海气热量通量。沿岸站点的比较显示,南部吕泗站面向更开阔的东海海域,其平均波高高出北部20%左右。这与沿海南部通量强于北部特征对应。数值模拟显示,在寒潮过程中,海气界面热量通量和动量通量输送比多年月平均状态显著增强,动量通量增大1～5倍,热量通量增大1～6倍。寒潮过程入海冷锋走向、强度、移动方向显著影响海面热量通量和动量通量大值区的分布。偏北路寒潮纬向型冷锋入海,其强度东部大于西部,造成通量大值区形成在黄海东北部,而偏西路寒潮经向型冷锋入海,其强度南部大于北部,造成通量大值区形成在黄海南部。同时偏北路径寒潮强度大于偏西路径,海气动量通量响应较偏西路径强约25%,热量通量强约50%。耦合风浪作用的模拟显示,海气间热量通量和动量通量明显增大,对不同强度风浪,浪高增加1.5倍,动量通量最大值增大约2倍,热量通量增大10～160 W/m~2;浪高减弱至0.5倍,动量通量最大值则减弱约40%,热量通量减小10～55 W/m~2。冷锋及其驱动的风浪强烈影响区域海气通量时空特征。     

琼东上升流区海表温度对台风过境的响应

对1982—2015年间过境琼东上升流区的台风及其引起的海表温度(SST)变化进行统计分析,并探究SST变化的影响因素和热量输送机制。结果显示,与开阔大洋显著不同,琼东上升流区SST变化存在降温、基本不变和升温三种类型。在42例台风中,3种类型分别为19例、20例和3例。平均升温(2.1℃)大于平均降温(-1.5℃)。SST变化与台风参量相关性分析显示,与台风过境时长相比,台风强度和台风入射角度对SST变化幅度影响更大。台风在外海引起的非线性海面孤立波向近岸的热输送可能是SST升温的重要机制,观测的SST上升与台风入射角度的关系与理论结果吻合。台风过境琼东上升流区引起的SST变化特征取决于台风局地热输送和外海热输送的相对大小。     

S坐标下西北太平洋环流和海温数值模拟

综合考虑侧边界水通量、海表面风应力、热通量、蒸发和降水等,建立了一个采用垂向S坐标的西北太平洋海洋模式,模拟和分析西北太平洋环流和海温。S坐标具有使海洋上层趋于同一水深的物理平面和同时底层拟合海底变化的优点。与日本2008年西北太平洋实测温度断面资料比较,模式计算的海温在分布势态和量值上较为一致,模式能较好地验证海洋温度分布情况。与σ坐标相比,S坐标能更好地验证海温的变化。模式较好地模拟出了西北太平洋气候态环流和海温变化。由于在σ坐标系下水深的水平变化体现在σ层上,海洋表层的分辨率比S坐标系下低,以及初始海温的水平分布含有水深水平变化的信息,S坐标海洋模式能更好地模拟环流和海温的变化。     

南海SST对台风过程响应分析

根据ECMWF和CFSV2的数据,本文选择了3个影响我国南海的典型台风过程,分析了海表温度SST在台风期间的变化。结果表明,台风期间SST下降,台风路径右侧的降温幅度明显高于左侧。在过境2d左右,SST下降幅度最为明显,其中201509号台风威马逊降温中心右侧最大异常值可达-2.5762℃,左侧为-1.441℃,降温中心呈明显的右偏性。在此基础上,对SST异常与有效波高,热通量以及风速的相关性进行研究。统计表明,台风期间的SST异常与有效波高和风速的相关性较高,相关系数高达0.6-0.7;与热通量相关性最低,相关系数为0.2-0.4,且台风的最大风速越大,相关系数就越高。通过计算台风期间风向海表波浪输入动能发现,风应力越大,风向波浪输入的动能以及动能下传的深度也越大。海洋内部的混合就越剧烈,故而由混合引起的海表降温幅度较大。可见SST异常与风速以及波浪要素确实有很高的相关性。     

西太平洋暖池海温的时空变化及其在ENSO循环中的作用

应用SODA_1.4.2版本资料,分析研究了热带西太平洋暖池(以下简称WPWP)海温场的变化特征,讨论了WPWP海温的时空变化特征与ENSO之间的联系途径.分析结果表明,在上层海洋,WPWP的海温场在垂向结构上具有显著的年际变化特征,在不同深度存在较大差异.表层的异常海温出现明显的增温趋势,在47年期间(1958-2004)增温幅度达0.15℃.而随着深度的增加,异常海温出现明显的降低趋势,次表层(120-170 m)的降温幅度最大,其降温可达-0.72℃.这种变化可能与20世纪70年代末WPWP区域的海温场发生突变过程存在一定关系.另外,在热带太平洋温跃层曲面上,WPWP区域海温变化与赤道东太平洋海温变化存在"跷跷板"现象.据此,定义了赤道东西太平洋温跃层曲面上异常海温变化强度指数,为ENSO循环过程的研究提供了又一参考依据.通过对WPWP不同深度的异常海温和海流分析发现,WPWP异常海温的东传过程与赤道潜流的强弱变化存在密切关系.     

北太平洋海表温度及各贡献因子的变化

采用1958年1月至2007年12月SODA海洋上层温度的月平均资料,基于海温变化方程和统计分析方法,分析了北太平洋海表面温度(SST)异常特征及各局地因子贡献比例的变化。结果表明,伴随着1976/1977风场最强中心位置的南北移动,形成了两个北太平洋SST年际-年代际变化的异常中心:一个是位于30°N附近的副热带海盆内区,SST异常主要受风应力强度的主导;一个是位于40°N附近的副热带和副极地环流交汇区,SST异常主要受风应力旋度的位置即风场位置的影响。在副热带海盆内区,最强降温发生在1978-1982年,SST异常的主要局地贡献因子为海表热通量和经向平流,二者所占比例和约为50%~60%,均为同相增温或降温作用,余项所占比例约为20%~50%。在副热带和副极地环流交汇区,海盆内区和西部边界区的SST异常的跃变时间同为1975年,但是内区的垂直混合项的跃变时间早于西部5年左右。SST异常的主要贡献因子为海表热通量和经向平流,但在1983-1988年海温强降温期间,经向平流项贡献大于海表热通量项的贡献。两个区域的垂直混合项均为降温贡献,虽然量值小却显示出很强的年代际变化信号。平流项中经向平流最大,垂直平流最小。     

冬季寒潮期间黄、渤海水位低频波动研究

利用 POM(Princeton Ocean Model)海洋数值模式建立渤、黄、东海冬季三维环流动力学区域模型。模型在海-气边界使用包括风应力、气压和热通量的大气驱动, 海洋边界使用西太平洋模式提供的环流和潮位驱动, 综合模拟潮波运动、温度、盐度、环流变化和水位低频波动。 模拟了 2001 年 1 月寒潮过境时黄、 渤海水位低频波动及流场变化, 分析了其对大风过程、 气压、降温的响应, 发现冬季强劲的北风和西北风都可以通过抽吸振荡在渤、 黄海诱发水位的低频波动, 东北风则由于地形影响不能诱发渤、黄海的低频波动。气压和降温只是在波动幅度上有一定的影响。波动发源于渤海和北黄海, 最大波幅可以达到 0.6 m。波动进入南黄海后有沿黄海深槽西侧传播的倾向, 波动幅度在传播过程中逐渐减小。     

冬季黑潮延伸体区海表面温度异常对山东半岛极端低温的可能影响

利用ERA5再分析资料,分析了山东半岛1979—2014年共36年间冬季极端低温特征,发现山东半岛地区伴随偏北大风的极端低温与黑潮延伸体区域海表面温度(Sea surface temperature, SST)暖异常密切相关,提出了该区域SST暖异常增强局地的气旋,促进山东半岛偏北大风的产生,从而引起降温的可能机制。伴随偏北大风的极端低温日数占山东半岛冬季总极端低温日数的41%,对这些伴随偏北大风的极端低温日进行合成分析,发现极端低温发生时,山东半岛处于一个气旋-反气旋式环流异常的中间位置,导致山东上空北风盛行。黑潮延伸体区域的暖SST异常加强了从海洋向大气释放的热通量,驱动了上升运动,在其上空形成次级环流,有利于异常低压的生成和发展,促进了山东半岛两侧气旋对的发生,从而引起偏北大风,造成极端低温。     

我国海洋能资源的初步分析

本文给出了我国各类海洋能资源(潮汐、波浪、潮流、温差、盐差和海流能)蕴藏量粗略的估算结果。分析这些结果可得到我国海洋能资源的一般特征:1.蕴藏量丰富。总功率约在9亿千瓦这一数量级(不含外海波浪能)。其中以温差能为最多,约6亿千瓦以上。潮汐和波浪能居中,潮流和海流能较少。2.资源分布不均。外海的温差、海流和波浪能主要在东海和南海。沿岸的潮汐、波浪、盐差能和潮流能均以东海的浙江和福建沿岸最多,其次是南海的广东东部沿岸。3.资源量多随时间变化,除温差和海流能较为稳定外,潮汐和潮流以短周期(时、日、月)变化明显,规律性较强,可以较为准确地预报;盐差能季节和年际的长周期变化较大;波浪能既有剧烈的短周期(秒、分、时)变化,又有明显的季节变化。     

中国东部一次入海气旋的次级环流分析

本文利用Sawyer—Eliassen急流—锋面型非地转次级环流流函数方程,对中国东部一次入海气旋的数值模拟结果进行诊断计算和分析。结果得出:(1)中纬度入海气旋发展过程中非地转次级环流具有明显的变化特征。(2)潜热释放是产生非地转次级环流的主要因子,对中纬度入海气旋的发展加深有重要作用。(3)积云混合强迫中,积云热量混合起主要作用。(4)海温异常不仅通过海洋感热通量,而且通过潜热释放和地转形变等因子影响气旋系统及其次级环流的发展。海温水平梯度及大范围的海温异常对气旋暖区的降水有重要影响。     

热带太平洋-印度洋上层海温、热含量和混合层深度的年变化特征

根据1955~2003年次表层海温、海洋上层400m热含量和混合层深度资料,采用EOF分析方法,研究热带太平洋-印度洋上层海温、热含量和混合层深度的年变化特征及其与厄尔尼诺、印度洋偶极子、热带辐合带分布和活动的关系。结果表明:海表温度SST的分布和变化不能代表海洋上层热含量的分布和变化,热含量HST的分布与混合层MLD分布比较相似,尤其在热带印度洋和东太平洋,MLD季节变化比HST和SST提前2~3个月左右。太平洋10°N附近HST带状强扰动区和赤道地区HST反相变化是热带太平洋上层海水温度扰动最主要特征。HST的强扰动区主要由60~300m次表层海温距平的扰动引起,80m左右扰动最强,这种扰动沿着斜温层由上向下,自东向西传递,上半年增温,下半年降温,具有明显的年周期变化。这种变化对ENSO循环期间热含量异常信号传播的影响值得关注。热带太平洋HST的扰动变化和太平洋的ITCZ和SPCZ的移动和变化也有一定的关联。印度洋的西北部和东南部次表层海温距平呈年周期的反相振荡,但这种固有振荡和印度洋偶极子DMI振荡反相,这可能是导致印度洋大部分偶极子生命史都很短的原因之一。     

沿岸海区冬季垂直环流及其温盐结构的数值研究 Ⅰ.环流的基本特征

为了揭示沿岸海区冬季垂直环流及其温盐结构的分布特征和变化规律，利用三维斜压流体动力学模型，对具有岸界坡度变化、河流入海、海湾、岛屿和海槽的理想海区冬季的垂直环流及其温盐结构进行了数值模拟。其环流的数值结果表明，冬季沿岸海区的垂直环流普遍呈逆时针流动。在近表层为向岸流，沿岸为下降流，近表层以下为离岸流；近表层以下的离岸流在外海有明显的上升趋势；沿岸下降流自表层至底层逐渐由强变弱；就整个海区而言，随着自南往北海区水深的逐渐变浅和岸界地形坡度的由大变小，其沿岸下降流则由强变弱。     

北太平洋副热带海区动力高度与净初级生产力相关性研究

在中低纬度常年层化的海区,净初级生产力(NPP)的变化与多变量ENSO指数(MEI)具有很强的一致性,与海表面温度(SST)具有很好的负相关关系。然而MEI和SST作为海洋层化强弱的间接指示量,不能直接表征海洋物理过程如何调控在海洋中具有一定垂向分布特征的浮游植物贡献的NPP。本文利用2004—2014年卫星遥感产品NPP、ARGO温盐数据计算得到的动力高度(DH)以及ECMWF再分析资料的SST月平均数据,分析了北太平洋副热带环流区DH和NPP在季节和年际尺度上的关系。结果表明,动力高度的变化与海洋净初级生产力的变化在季节和年际尺度上存在显著的负相关关系,这很可能是由动力高度变化引起的SST和温跃层变化共同作用导致。分析还表明,上层海温引起的动力高度场年际变化对NPP具有主导影响。     

渤、黄海及东海北部平均表面水温场季节变化特征其成因的初步分析

本文分析讨论了渤海、黄海、东海北部(29°N以北,127°E以西)海域表面水温季节分布和变化的主要水文学现象及其物理机制。 分析海域表面水温的季节分布和变化,除显示了太阳辐射的变化、海陆分布、海底地形、气候等因素影响的基本特征外,冬半年,尤其是黄海南部和东海北部水温分布形势深受对马暖流、黄海暖流及其延伸部分、台湾暖流余脉和黄海沿岸流等不同示性流系的影响;春、夏期间,黄渤海沿岸(水深特别浅的区域除外)存在着若干强弱不等的冷水域,一般而论,它们应是由动力因素(海流)、气候因素、特定的岸形和底形等诸因素综合作用而造成的底层冷水涌升现象。 基于分析海域表面水温年变化趋势及其主要数值特征,可归结为沿岸型、近海型、黄海中央型、东海北部外海型、黄海暧流型5种变化类型。     

有限海域海水表温数值预报改进模式

以海洋上部混合层(UML)存在为基础,建立了考虑UML深度变化的二维层模式。探讨有限区域的短期海表温(SST)业务数值预报模式。预报方程有三:低频流(黑潮及其分支)的无幅散化余流方程组、动力预报方程和模式物理学方程。本模式用于3～5d的SST预报,同时也给出UML平均漂流的预报。指出在大风状况下的降温,UML深是一个重要的影响因子,并与UML为平底时情况进行了比较。     

基于潜标观测的吕宋海峡以东深海海流的低频变异

本文利用在菲律宾海布放的一套锚系潜标获取的长时间海流和水温观测数据,分析了吕宋海峡以东的深海海洋环境特征,着重阐释了该海域海流的全水深垂向结构及其低频变化特征。研究表明,表层(100～160 m)平均流向为西偏北,流速约为12.5 cm/s;中层(810 m)的平均流为西向,流速为2.6 cm/s;深层(1 550 m和2 560 m)的平均流速在1 cm/s以内,近底(4 040 m)的流向为较稳定的西南向,流速为2.3 cm/s。上层海流的动能比中层和深层大1～2个量级,总动能、平均动能、涡动动能均在表层最大,中层次之、深层最小,各层次涡动能均大于平均动能。中上层海流的低频变化具有极高的相似性,全年为81～85 d的周期振荡;近底层海流则不同,变化周期约为51 d。     

海气界面热通量交换对南海深水海盆SST持续增暖的可能贡献

20世纪后50年南海深水海盆SST持续增暖了0.64℃,为了探究其持续增暖的机制,使用IPCC模式比较试验CGCM3.1(T47)、CGCM3.1(T63)、CSIRO-Mk3.0、GFDL CM2.0这4个模式输出资料中的辐射通量、湍流热通量、比湿、风、云量、气温、海平面气压及海温数据,计算了各海洋、气象要素的变化趋势,估算了热通量各分量,发现20世纪后50年期间SST的持续增暖似乎不能依据海面热通量的变化来解释。主要证据如下:夏季风的减弱使得海面潜热减少了约4.9W/m2,但由于海温升高、蒸发加强又使潜热增多了大约同样的值,使得夏季南海深水海盆总的潜热通量变化较小;夏季大气水汽含量的增多促使海面长波辐射增多了约1.8 W/m2,加上感热通量等变化的效应,海洋净得热增多了约3.0 W/m2;但是,20世纪后50年内冬季风的增强和冬季海温升高致使海洋潜热增多了约7.3 W/m2。由于20世纪后50年潜热释放大于海面长波辐射增多,无法只用海面热通量解释SST持续增暖现象,指出了南海海洋动力过程可能在维持南海深水海盆50年来SST持续增暖中的重要性。     

ENSO强度模拟差异对全球变暖下热带太平洋大气变化预估结果的影响

热带太平洋海洋大气耦合系统对全球变暖的响应是气候变化的热点问题.前人研究发现,气候模式的模拟偏差对于全球变暖响应结果有重要影响.本文利用美国大气研究中心(National Center for Atmospheric Research,NCAR)的地球系统模式(The Community Earth System Model,CESM)中的大气模式(Community Atmosphere Model version 5,CAM5)设计数值试验,在相同的SST(Sea Surface Temperature)增暖强迫下,通过改变海洋SST的年际变化振幅,来分析热带海洋年际变化强度的模拟对未来热带海区降水和大气环流场未来变化的影响.试验结果表明,随着SST年际变化强度的增加,全球变暖后热带太平洋降水变化的东西不对称性,以及向暖池区域辐合的风场变化等特征都逐渐减弱.进一步的分析发现,不同年际变化信号导致的大气场变化差异主要发生在冬季,是由于热带太平洋SST年际变化主模态ENSO(El Nino Southern Oscillation)的不对称性造成的:在厄尔尼诺年,强(弱)的年际变化信号会造成降水在东太平洋产生较大(小)的变化;而在拉尼娜年和正常年份,年际变化信号的强弱对热带降水变化的影响则不大.当热带海温的年际变化较大时,厄尔尼诺年的海温异常更强,造成的降水和风场的变化特征也会更加显著.     

东太平洋我国开辟区底层海流锚泊观测

“海洋四号”在执行ＤＹ９５－７和ＤＹ９５－９航次调查任务期间,在东太平洋我国开辟区做了２个测站的底层海流观测。观测资料分析表明,底层流的流速在１．２～１２．０ｃｍ／ｓ之间;底层流有月际和日际变化,并发现底层流存在“不活动”期。