北太平洋副热带模态水形成区潜沉率的年际变化及其机制

根据Huang和Qiu 1995年的潜沉率计算公式,采用同化的海洋模式资料和海洋-大气界面的通量观测资料,计算了北太平洋副热带海域3个模态水形成区逐年的潜沉率,研究了潜沉率产生年际变化的机制.研究结果表明:西部、中部和东部3个模态水形成区潜沉率的年际变化主要周期分别为6,2~5和2 a;北太平洋副热带模态水的3个形成区的潜沉率都发现年代际的变化特征:在1985年以前,西部模态水形成区的潜沉率年际变化最为显著,但1985后年际变化振幅明显减小;在中部模态水形成区,1975~1992年间潜沉率随时间的变化的振幅较大,潜沉率在这段时间内的平均值也达到33.99 m/a,而在1970~1975年间和1993~1998年间潜沉率都小于20 m/a;西部副热带模态水形成区的潜沉率的年际变化与这里海面的净热通量的年际变化有很好的相关性,中部副热带模态水形成区潜沉率的年际变化则取决于局地Ekman流的年际变化,而在东部模态水形成区局地风应力旋度的变化直接影响潜沉率的大小.     

南太平洋和南印度洋亚南极模态水潜沉率的长期变化趋势

亚南极模态水(sub-Antarctic mode water,SAMW)的潜沉过程与全球变暖减缓现象密切相关。为了增进对亚南极模态水长期变化特征的认识,使用一个高分辨率长时间序列的海洋模式数据对SAMW的潜沉率变化趋势的空间分布进行了系统地分析。结果显示,在1958~2016年间,SAMW的潜沉量在南太平洋和南印度洋在长时间段上存在着相反的趋势变化,即在南太平洋增大,在南印度洋减少,这与已有研究结果相符。但进一步的分析发现,SAMW潜沉量的空间分布存在着明显的差异。在南印度洋,其北部潜沉区的潜沉率仅有很微弱的上升趋势,而位于南部潜沉区的潜沉率则有明显的下降趋势。与此同时,在南太平洋中,其西部潜沉区的潜沉率趋势非常小,而东部潜沉区的水的潜沉有明显上升的长期趋势。总体而言,密度较大的SAMW潜沉水团比密度较小的潜沉水团表现出更显著的长期变化的趋势。南部变化趋势明显的潜沉水量大概占总潜沉水量的60%,由此可知SAMW的总体趋势更多地来自其南部密度更大的潜沉区的贡献。进一步的分析表明,SAMW潜沉区的混合层的长期变化趋势与潜沉率的长期变化趋势之间存在较为一致的空间分布。其中,在南太平洋,东侧潜沉区的混合层的长期增大趋势,主要由于风应力增大的作用,而西侧潜沉区的混合层的长期减小趋势,则主要因为海表浮力强迫的控制;在南印度洋,南侧潜沉区的潜沉率长期减小趋势更多的是受到浮力强迫的影响,而西北部的潜沉率长期增加趋势则主要由风应力增强导致的。     

气候变化情景下东南印度洋亚南极模态水的演变趋势研究

基于参与第六次耦合模式比较计划（CMIP6）的8个地球系统耦合模式所输出的历史模拟结果,本文通过与观测对比,评估了CMIP6模式对东南印度洋亚南极模态水的模拟能力,并预估了在中等强迫情景和高强迫情景下,该模态水潜沉率、体积及性质的变化趋势。结果表明：与Argo观测相比,CMIP6模式中南印度洋混合层偏深且上层海洋的位势密度偏小,因此其模拟的东南印度洋亚南极模态水潜沉率偏大而位势密度偏小。不同CMIP6模式之间模拟的东南印度洋亚南极模态水潜沉区存在差异,混合层侧向输入是导致这一差异的主要原因。此外,在历史模拟和两种情景试验中,东南印度洋亚南极模态水均呈现出潜沉率和体积减小、温度升高、盐度和密度降低的趋势。其中,在高强迫情景下,变化趋势最大,中等强迫情景次之,历史模拟中的变化趋势最小。这表明,辐射强迫越强,东南印度洋海表温度升高和淡水输入增加的趋势越大,导致混合层变浅及其南北梯度减小的趋势越快,东南印度洋亚南极模态水潜沉率、体积和性质变化的趋势也随之增大。     

副热带东北太平洋混合层深度及潜沉率季节循环对全球变暖的响应

本文利用第五次国际耦合模式比较计划（CMIP5）中的地球系统模式（ESM2M）,结合Argo观测数据和由Ishii等整理的再分析数据集,分析现在气候背景和辐射强迫极端增强下副热带东北太平洋海域（10°～40°N,110°～160°W）混合层深度（MLD）和潜沉率的季节变化特征,研究其对全球变暖的响应。在现在气候背景下,二者最大值均出现在冬季。潜沉率的主要贡献项存在显著的季节变化差异,1−5月主要受侧向潜沉率的变化控制,6−12月则由风应力旋度导致的埃克曼抽吸速度变化主控。全球变暖后,季节循环信号的主控要素不变。但受风应力旋度等要素变化的影响,各季节的MLD减小,大值区范围收缩。由于冬季减小幅度远大于夏季,MLD季节波动幅度（振幅）显著变小。长期看,MLD呈现持续变浅的趋势,其空间不均匀性减弱引起的MLD锋面减弱是控制侧向潜沉率减弱,最终导致总潜沉率减弱的关键。由于埃克曼抽吸速度的季节变化信号对全球变暖的响应较小,因此总潜沉率在冬季受全球变暖的影响最为强烈。上述结果表明,构成潜沉率的两个关键要素对总潜沉率的贡献比例是随着季节变化而改变的：冬季MLD锋面强盛时期,侧向潜沉率的影响将显著增强。全球变暖前后二者截然不同的变化会显著改变潜沉率的季节循环振幅,可能对该区域模态水的形成和输运产生深远的影响。     

北太平洋副热带潜沉率及其变化中海面风的作用

采用中国科学院大气物理研究所的高分辨率逐日风场驱动的全球海洋模式(LICOM1·0)对北太平洋海域的潜沉(Subduction)过程和副热带模态水形成区潜沉率的年际变化进行了数值模拟,并将模拟结果与同化的海洋模式资料(SODA)进行了比较。研究结果表明,该高分辨率的海洋模式对北太平洋的绝大部分海域晚冬混合层底水质点的运动方向和路径的数值模拟结果较好,模式模拟的副热带环流比SODA资料中的副热带环流流速强;模式模拟的混合层深度比SODA资料中的混合层深度深,更接近观测;模式中副热带海域的潜沉率大于SODA资料中的副热带海域的潜沉率。模式结果表明,副热带环流和副极地环流交界处是潜沉过程发生的最主要区,该区气候平均的潜沉率超过100m/a,最大为150m/a,海面风变异引起的海洋平流的年际和年代际变化,是该区潜沉率发生年际和年代际变化的主要原因;在太平洋副热带东部模态水形成区,气候平均的潜沉率超过50m/a,在该区潜沉率的年际变化中,局地风应力旋度决定的Ekman抽吸要比海洋平流效应更加重要。     

北太平洋副热带中部模态水潜沉区的热收支———个全球海洋模式数据的结果

使用一个全球海洋环流模式的18 a(1993～2010 年)数据, 对北太平洋副热带中部模态水(CMW)潜沉区混合层内热收支的空间分布状况及其季节和年际变率特征进行了分析, 并重点讨论了热收支与太平洋年代际震荡(PDO)之间的相互关联。结果表明, CMW 潜沉区的热收支是海表热力强迫与海洋动力过程之间的平衡。其中混合作用, 特别是湍流扩散是海洋动力过程的主要分量, 对该海区混合层内部的热量耗散起到关键的作用。该海区的热收支具有显著的季节变化信号, 在春夏季与秋冬季存在明显的差异。热收支的年际变化与PDO 的超前滞后相关性分析表明, 该海区的混合层温度(MLT)具有显著的PDO 信号, 同时 PDO 与 MLT 两者随时间的变化信号( ?[P]/?t 与?[T]/?t )之间也有强相关性。?[P]/?t与海表热力强迫项(SEF)显著的相关性表明, SEF 可能会对PDO信号的产生及变化过程产生重要的影响;?[P]/?t 与夹卷项的高相关性则间接证明潜沉的 CMW 的温度存在 PDO 信号; 作为海洋动力过程的主体, 扩散项和平流项均会对PDO 信号变化做出滞后响应。本研究增进了对CMW 潜沉区混合层内海水温度变化特征的认识。     

太平洋副热带东部模态水的年际变化及机制研究

根据2004—2014年的全球海洋Argo网格数据集(BOA_Argo)和ECMWF ERA-Interim再分析资料,计算了冬季太平洋副热带东部海区的水团变性率及水团形成率,对南北太平洋副热带东部新生成模态水的年际变化及其形成机制进行了研究。结果表明:北太平洋副热带东部模态水(NPESTMW)和南太平洋副热带东部模态水(SPESTMW)的新生成体积及核心密度在2004—2014年具有明显的年际变化:NPESTMW主要经历了2005—2009年和2010—2013年2次持续4～5a的体积和密度增加过程,其中体积最大值出现在2009年,最小值则出现在2005和2014年。南半球SPESTMW则经历了2007—2009年和2010—2013年共两次持续3～4a的体积和密度减小过程,其中体积的最小值出现在2009、2013年,最大值出现在2010年。合成分析发现,由冬季海面热通量异常引起的深混合层内与模态水密度相当的水团表层形成率异常,可能是导致NPESTMW和SPESTMW新生成水体积年际变化的重要因素;同时,SPESTMW新生成水的年际变化受局地风应力旋度的年际变化影响明显。     

副热带东北太平洋混合层深度及其对潜沉的影响

The present climate simulations of the mixed layer depth(MLD) and the subduction rate in the subtropical Northeast Pacific are investigated based on nine of the CMIP5 models. Compared with the observation data,spatial patterns of the MLD and the subduction rate are well simulated in these models. The spatial pattern of the MLD is nonuniform, with a local maximum MLD(140 m) region centered at(28°N, 135°W) in late winter. The nonuniform MLD pattern causes a strong MLD front on the south of the MLD maximum region, controls the lateral induction rate pattern, and then decides the nonuniform distribution of the subduction rate. Due to the inter-regional difference of the MLD, we divide this area into two regions. The relatively uniform Ekman pumping has little effect on the nonuniform subduction spatial pattern, though it is nearly equal to the lateral induction in values. In the south region, the northward warm Ekman advection(–1.75×10~(–7) K/s) controls the ocean horizontal temperature advection(–0.85×10~(–7) K/s), and prevents the deepening of the MLD. In the ensemble mean, the contribution of the ocean advection to the MLD is about –29.0 m/month, offsetting the sea surface net heat flux contribution(33.9 m/month). While in the north region, the southward cold advection deepens the MLD(21.4 m/month) as similar as the heat flux(30.4 m/month). In conclusion, the nonuniform MLD pattern is dominated by the nonuniform ocean horizontal temperature advection. This new finding indicates that the upper ocean current play an important role in the variability of the winter MLD and the subduction rate.     

关键海区潜沉率对全球变暖停滞的可能影响

本文从潜沉率入手,探究了潜沉率在全球变暖停滞过程中可能发挥的作用。本文利用SODA资料首先分析了全球潜沉率的时空分布特征,然后基于EOF分解明确了北大西洋翻转流区域和南极绕极流区域是潜沉率变率较大的两个海区,在此基础上选出了4个关键海区研究了局地潜沉率变化与全球海表温度异常之间的相关关系,最后对关键区潜沉率变化的原因进行了初步探索。结果表明,北大西洋翻转流和南极绕极流范围内的关键区域与全球变暖停滞之间存在超前10年的相关关系,潜沉过程可能是北大西洋翻转流和南极绕极流对全球变暖停滞产生作用的一种机制。平流项在这些关键区域的潜沉率变化中起主导作用。在南极绕极流地区,海面风应力的大小与该区域的潜沉变化密切相关。     

北太平洋副热带模态水盐度的年代际变化

副热带模态水(Subtropical Mode Water;STMW)在气候变化中起着重要作用。本文利用全球高分辨率数值模拟结果,研究了北太平洋STMW核心层盐度(Core Layer Salinity;CLS)的年代际变化及其物理机制。结果表明,CLS存在显著的年代际变化,其空间分布则与背景流场分布特征有关。侵蚀区CLS滞后生成区CLS约1~2年,这主要是海流平流输运引起的。生成区内,STMW的季节循环一般可分为生成期(12-4月)、隔离期(5-6月)和侵蚀期(7-11月),生成期混合层盐度(Mixed Layer Salinity;MLS)决定着隔离期和侵蚀期的CLS,而MLS年代际变化则主要由同太平洋年代际涛动存在负相关性的海表面淡水通量的变化引起。     

印度洋海表温度的变化及其对印度夏季季风降水影响的诊断研究

对印度洋海表温度(SST)的主要特征及变化趋势进行分析,并研究了其与印度夏季季风降水(ISMR)和季风环流的关系,揭示出:从北印度洋到南半球中高纬度印度洋,SST最显著的变化模态是全海盆一致的变化,近50 a来总体趋势是上升的,在1976,1986年以及1996年间分别有一次跳跃性增温,与太平洋SST变化趋势基本一致.除了长期变化趋势外,南印度洋中高纬度比热带地区有更显著的模态分布.在印度洋SST升温的背景下,ISMR具有逐渐减少的趋势,但两者相关较弱.印度洋SST发生跳跃后的不同阶段,许多海区SST与ISMR相关均发生变化,但在春季,热带外南印度洋具有一对相对稳定区,其分布与EOF分析的第2模态相似.根据它们的分布,文中定义了春季南半球偶极子(SIOD),在正SIOD(PSIOD)情况下印度降水偏多,而负SIOD(NSIOD)则反之.环流分析表明,PSIOD(NSIOD)通过与大气的相互作用,对夏季马斯克林高压具有增强(减弱)作用,进而使得索马里越赤道气流增强(减弱),在印度地区低空产生异常的辐合(辐散),高层辐散(辐合),从而影响印度季风环流,使得印度季风降水偏多(少).     

北太平洋副热带东部模态水现在和未来的模拟分析

The present climate simulation and future projection of the Eastern Subtropical Mode Water(ESTMW) in the North Pacific are investigated based on the Geophysical Fluid Dynamics Laboratory Earth System Model(GFDL-ESM2M). Spatial patterns of the mixed layer depth(MLD) in the eastern subtropical North Pacific and the ESTMW are well simulated using this model. Compared with historical simulation, the ESTMW is produced at lighter isopycnal surfaces and its total volume is decreased in the RCP8.5 runs, because the subduction rate of the ESTMW decreases by 0.82×10-6 m/s during February–March. In addition, it is found that the lateral induction decreasing is approximately four times more than the Ekman pumping, and thus it plays a dominant role in the decreased subduction rate associated with global warming. Moreover, the MLD during February–March is banded shoaling in response to global warming, extending northeastward from the east of the Hawaii Islands(20°N, 155°W) to the west coast of North America(30°N, 125°W), with a maximum shoaling of 50 m, and then leads to the lateral induction reduction. Meanwhile, the increased northeastward surface warm current to the east of Hawaii helps strengthen of the local upper ocean stratification and induces the banded shoaling MLD under warmer climate. This new finding indicates that the ocean surface currents play an important role in the response of the MLD and the ESTMW to global warming.     

赤道印度洋中部断面东西水交换的季节变化及其区域差异

采用海洋再分析资料和实测资料研究了热带印度洋中部东西水交换特征。结果表明存在两个相互独立的过程,即北印度洋过程(4°~6°N)和赤道过程(2°S-2°N)。北印度洋过程受季风影响显著,11月至翌年3月冬季风期间表现出很强的低盐水向西输送,5-9月夏季风期间则为高盐水向东输送;由于冬季风期间的输送较强,年平均表现为低盐水向西输送。赤道过程分为表层过程和次表层过程。表层赤道过程受局地风场驱动,有明显的半年周期;4-5月和10-11月的东向流将赤道西印度洋的高盐水向东输送,其余月份相反;向东的输送较强,年平均表现为净高盐水向东输送。在次表层赤道过程没有明显的季节变化,海流全年一致向东,将海盆西部的高盐水向东输送。     

Statistical characteristics and mechanisms of mesoscale eddies in the North Indian Ocean

The statistical characteristics and mechanisms of mesoscale eddies in the North Indian Ocean are investigated by adopting multi-sensor satellite data from 1993 to 2019. In the Arabian Sea(AS), seasonal variation of eddy characteristics is remarkable, while the intraseasonal variability caused by planetary waves is crucial in the Bay of Bengal(BOB). Seasonal variation of the eddy kinetic energy(EKE) is distinct along the west boundary of AS,especially in the Somali Current region. In the BOB, lar...     

东南印度洋沿岸海温年代际振荡及经向传播探讨

用SODA资料分析了热带西南印度洋上升区温度距平与整个南印度洋温度距平的时滞相关, 发现热带西南印度洋上升区温度距平与65°S, 105°E附近200 m深度的温度距平存在滞后10 a的相关振荡, 同时探讨了其可能的机制为温跃层内的斜压内波驱动, 即65°S, 105°E附近200 m深度的温度距平沿着温跃层上层在东南印度洋沿岸从高纬度向低纬的传播, 传播时间大约为10 a左右, 这种信号在传播过程中表现得较弱, 而在起点和终点的两端振荡比较强。波动的传播相比振荡本身要显得弱。     

A Comparison of Sea Surface Fluxes over Southern Indian Ocean Cruise Expedition Observation and NCEP Reanalysis

Surface layer atmospheric and ocean observations have been collected along the cruise track from a special scientific expedition to Antarctica. Bulk estimates of surface momentum flux, sensible heat flux and latent heat flux have been computed applying bulk algorithms from the data collected along cruise track during the time period January 27 to March 31, 2006, and compared the results with National Centre for Environmental Prediction (NCEP) reanalysis. Underestimation of surface momentum flux in roaring forties (40°S–50°S) area of Indian Ocean is seen from NCEP reanalysis. Systemic differences in sensible and latent heat fluxes between observed and NCEP reanalysis have been found. Along the cruise track, the average sensible (latent) heat flux was 9.45 Wm^?2 (67.46 Wm^?2) and 3.75 Wm^?2 (64.45 Wm^?2) from the direct measurement and NCEP reanalysis, respectively. The NCEP reanalysis is being widely used in numerical modeling studies, and the discrepancies shown in the NCEP reanalysis in present study will be of immense use to the modeling community of the Indian Ocean in general and Southern Indian Ocean in particular.     

南印度洋中尺度涡统计特征及三维合成结构研究

南印度洋是海洋中尺度涡的多发区域。本文利用卫星高度计资料及Argo浮标资料,对南印度洋（10°~35°S, 50°~120°E）区域中尺度涡的分布、表观特征等进行了统计分析,采用合成方法,构建了该区域中尺度涡的三维温盐结构。结果表明,涡旋频率呈明显的纬向带状分布,在18°~30°S存在一个明显的涡旋频率带状高值区;涡旋半径具有由南至北逐渐增大的趋势;长周期涡旋在其生命周期内,半径、涡动能、涡能量密度、涡度等性质均经历了先增大而后减小的过程;涡旋以西向运动为主,在经向上移动距离较小,长周期气旋（反气旋）涡具有明显的偏向极地（赤道）移动的倾向;涡旋平均移动速度为5.9 cm/s,速度大小大致沿纬向呈带状分布。在混合层以下,气旋涡（反气旋涡）内部分别呈现明显的温度负（正）异常,且分别存在两个位温负（正）异常的冷（暖）核结构;气旋涡（反气旋涡）整体上呈现"正-负"（"负-正"）上下层相反的盐度异常结构。中尺度涡对温盐的平均影响深度可达1 000×104 Pa以上。     

南印度洋海表温度距平冬季重现特征与机制的初步分析

本文主要利用1958–2016年GECCO2等资料通过超前/滞后相关分析方法,分析了南印度洋海表温度距平（SSTA）冬季−冬季重现的时空特征,并探讨了海洋和大气强迫对其形成的贡献。结果显示,SSTA冬季−冬季重现主要发生在南印度洋15ºS以南海域,特别是在马达加斯加岛至澳大利亚西南部之间的海域（15º～45ºS,70º～100ºE）重现信号最为显著。重现信号除了主要发生在次年冬季外,在部分海域重现信号发生较早,可在次年秋季发生并持续至随后的冬季。进一步分析表明,混合层深度冬深夏浅的变化（即海洋重现机制）是研究海域SSTA冬季重现的主因。另外,在马达加斯加岛南部海域和澳大利亚西南部海域海面净热通量对SSTA的重现也有直接的贡献。