渤黄海沿海2月份海平面异常偏高成因分析

使用1980—2010年的水位、气温、海温、气压和风场资料,对中国渤黄海沿海2月份的海平面变化特征以及异常偏高成因进行了探讨,分析结果表明:近30年,渤黄海沿海2月份海平面呈现明显的上升趋势,2009年和2010年2月份的海平面达到近30年的高值,冬季高海平面导致全年平均海平面偏高。近两年2月份海平面处于多个长周期振动的高位重合期,各振幅叠加的结果近100 mm,对海平面起了明显的抬升作用。高海平面使得辽宁、河北以及山东等沿岸地区的海水入侵距离和土壤盐渍化程度均有所增加,海岸侵蚀加重;上海在2009—2010年连续2年2月份发生了近年较严重的咸潮入侵。2009年和2010年2月份,气压较常年同期显著偏低,冬季季风显著偏弱,是海平面上升的主要原因之一。     

2012年中国沿海海平面上升显著成因分析

2012年,中国沿海海平面变化最突出的特点是海平面升高显著。海平面总体比常年高122mm,较2011年偏高53mm,达1980年以来最高位。本文使用中国沿海及西北太平洋区域近30a的水位、海温、气温、气压和风等水文气象资料,详细分析了中国沿海海平面2012年异常偏高的成因。结果表明:2010-2012年中国沿海海平面处于2~3a、8~9a和准19a周期震荡的高位,几个周期震荡高位叠加,对海平面上升起了明显的影响;2012年,沿海气温和海温分别较常年偏高0.4℃和0.3℃,气压较常年低1.2hPa,气压达历史最低位;2012年,中国南海夏季风爆发时间较常年偏早,结束较常年偏晚,季风持续时间较常年偏长,导致2012年5-6月和8月,在黄海和东海海域,东北风持续偏强,南海海域南风偏强,风场的异常导致黄海、东海和南海沿海海水长时间堆积,是造成海平面升高的原因之一;2012年,热带气旋登陆时间集中,影响范围广,北上和影响东北地区的台风数量均为历史之最,特别是2012年8月,有6个热带气旋相继影响我国沿海,对当月海平面升高影响明显;另外,2012年副热带高压偏北、偏东、偏弱的特点对东海和南海的海平面上升也有一定影响。     

渤、黄海冬季海冰对大气环流及气候变化的响应

受全球气候变暖影响,渤、黄海冬季气候呈明显的变暖趋势。在1951-2010年共60年中,后30年较前30年,气温升高了1.6℃,升幅异常显著。与此相对应,渤、黄海冬季海冰的冰级下降了0.6级。渤、黄海冰情持续偏轻与全球气候变暖趋势相当一致。冬季渤、黄海气温异常是对全球大气环流变化的响应,直接受同期东亚大气环流制约。研究表明,渤海海冰和大气环流的关系是清楚的,这对预测渤、黄海海冰具有重要意义。     

2016年中国沿海海平面上升显著成因分析及影响

使用中国沿海及西北太平洋区域的水位、海温、气温、气压和风等水文气象资料,详细分析了2016年中国沿海海平面显著升高的成因及影响。分析结果表明:（1）2012-2016年,中国沿海海平面处于准2 a、4 a、准9 a和准19 a周期振荡的高位,几个周期振荡高位叠加,对该时段海平面上升起了一定的作用;（2）2016年,中国沿海气温和海温较1993-2011年的平均值分别高0.7℃与0.5℃,均处于1980年以来高位;气压较1993-2011年的平均值低0.2 hPa;（3）2016年4月、9月、10月和11月,中国沿海海平面均达到1980年以来同期高位,这4个月的风场距平值在东海以南均明显偏大,且以偏南向和向岸风为主,风生流使得海水向岸堆积,沿海长时间以增水为主,对当月局部海平面上升的贡献率达到40%~80%;（4）2016年,中国沿海降水总体偏多,局部区域降水量达到历史同期最高,加上沿海径流量的增加,对沿海局部海平面升高有一定贡献;（5）2016年9-10月,有5个台风相继影响我国南部沿海,持续的风暴潮增水导致台风影响期间的海平面高于当月平均海平面70~360 mm,风暴潮和洪涝灾害给当地造成直接经济损失超过30亿元。     

基于海温遥相关的渤黄海冬季气温与海冰预测方法

选取渤黄海历史冰情和气温资料、全球海温资料,分析了1971—2015年渤黄海冬季气温和冰情的变化特征。基于遥相关分析法,选取影响渤黄海冬季气温的前期海温关键区,建立了渤黄海冬季气温和冰级的预测模型。结果表明:渤黄海气温和冰情具有明显的年际和年代际变化,二者呈负相关关系;根据全球海温遥相关型,冰季前期的夏季海温对渤黄海冬季气温影响明显,海温关键区为赤道以北低纬度中东太平洋海域、北太平洋白令海西南海域、西南印度洋和澳大利亚东南沿岸海域。由此建立的预测模型与实际观测值具有较好的一致性。     

中国沿海近31年冬季海平面变化特征

利用29个海洋观测站的31年（1980－2010年）水文气象观测资料,分析了中国沿海近31年冬季海平面的时空分布特征与长期变化趋势。结果表明：①中国沿海冬季海平面近31年呈现明显的上升趋势,平均上升速率为3.1 mm/a,高于全年的上升速率,渤海、黄海、东海和南海沿海冬季海平面变化呈现明显的区域特征;②中国沿海冬季海平面存在显著的年际和年代际变化,其主要显著变化周期有准2 a,4～7 a,9 a左右及18.6 a。由于受西太平洋暖池和黑潮与我国近海之间的水体交换影响,东中国海4～7 a的周期明显,其振幅最高,并且其周期性震荡的高位时期与赤道西太平洋暖池区的厄尔尼诺发生期间相吻合;③以浙江坎门（121°17′E , 28°05′N）为界,中国沿海冬季海平面还呈现出南北变化反相的跷跷板特征,该现象反映了中国沿海冬季海平面的气候性特征。受季风、海流、气压以及降水等因素的影响,冬季海平面的变化区域特征明显;④近31年, 中国沿海冬季气温、海温与海平面均呈显著上升趋势,上升幅度分别为1.8 ℃、1.4 ℃和135 mm,高于全年上升幅度。     

渤黄海冬季海温异常的时空分布特征及影响因子分析

基于Hadley中心提供的海表温度数据,分析了我国渤黄海冬季海温的时空分布特征,探讨了同期东亚环流场及前期太平洋海温场与渤、黄海冬季海温典型空间分布型态的相关关系。分析结果表明,渤黄海冬季海温具有4类典型的空间分布型式,且均具有显著的准2a振荡周期。东亚地区冬季高、中、低纬位势高度场的异常分布型态及我国近海低层环流系统之间的相互配置对渤黄海冬季海温分布型有显著影响;同时,前期太平洋关键海域海温异常的不同配置是渤黄海冬季4类典型海温异常型态的前兆强信号。     

ENSO对中国近海海平面影响的区域特征研究

使用卫星测高、海表温度以及中国沿海台站水位等数据,分析研究了ENSO对中国近海海平面影响的区域特征。结果表明:（1）赤道东太平洋海表温度与我国近海海平面存在显著的遥相关关系。相关系数自北至南呈梯度递增,分为3个影响明显的区域,分别是渤、黄海、东海和南海海域。南海海平面异常与赤道东太平洋区域的海表温度异常相关性最强,大部分区域的相关系数超过了0.6;东海海域海平面异常与赤道东太平洋海表温度的遥相关系数弱于南海,强于渤、黄海,大部分海域的遥相关系数超过了0.4;渤、黄海海域海平面异常与赤道东太平洋海表温度的遥相关系数最弱,但是大部分海域的遥相关系数超过了0.3,通过了显著性检验。（2）中国沿海海平面的季节变化与ENSO有明显的相关关系,且影响范围具有明显的区域特征,以长江口和台湾海峡为分界线分为长江口以北、长江口到台湾海峡以及台湾海峡以南3个区域。海平面的年振幅在厄尔尼诺年均出现偏低的现象,并且年振幅的极小值均出现在厄尔尼诺年。另外,海平面的年振幅对厄尔尼诺事件的响应与其强弱有关,在强厄尔尼诺事件中,响应区域和幅度较大,弱事件中,响应区域和幅度偏小。（3）南海、东海和渤、黄海这3个区域沿海的海平面变化均存在4~7 a的显著振荡周期,说明这3个区域的海平面均受ENSO的影响。其中,南海7 a周期的振荡幅度最大,约为1.5 cm;东海7 a周期的振荡幅度次之,约为1.3 cm;渤、黄海6 a周期的振荡幅度最小,不到1 cm。     

近百年中国北方沿海地区气温年代际变化及趋势预测

以青岛为例,利用近百年的月平均气温资料,通过统计的方法分析了中国北方沿海地区四季气温变化,分析了气温年代际变化与太平洋海温以及太平洋海温年代际振荡(PDO)的关系,着重分析了气温正负位相年北半球平均环流形势和海平面气温。最后利用CMIP5模式数据预测青岛气候未来的变化趋势。结果表明:中国北方近海地区气温呈上升趋势,冬季温度上升幅度最大,夏季升温最小,气温变化与附近海域海温显著相关。各季节气温有年代际和50a变化周期,在年代际变化周期上与PDO周期有较好的同期和滞后相关性,春季和夏季尤为明显。青岛气温正负位相年平均环流形势明显相反,并且与北半球海平面气温异常联系紧密。全球变暖背景下,未来青岛气温仍将持续上升。     

ERA-Interim 再分析数据在中国沿海的质量评估

本文采用1979~2012年的中国沿海台站观测数据对ERA-Interim(简称"ERA-I")的气温、气压和海温数据进行质量评估。结果表明:(1)从常年平均来看,ERA-I气温、气压和海温多年月平均变化与观测数据吻合较好,可以反映气候态的季节变化特征。与台站观测数据相比,ERA-I气温平均偏高0.19℃,气压平均偏低0.17 h Pa,海温平均偏高0.70℃。(2)从年际变化情况来看,ERA-I和台站观测的气温、气压和海温变化趋势一致,气温和海温呈上升趋势,气压呈下降趋势。但在海南岛附近使用ERA-I气温做年际变化分析和在东海台湾海峡至北部湾沿岸使用ERA-I海温做年际变化趋势分析时要谨慎。(3)从月均变化分析来看,ERA-I月均气温、气压和海温数据与台站实测数据具有很好的一致性。从误差空间分布来看,ERA-I气温在黄海沿岸平均误差最小,ERA-I气压在渤海沿岸平均误差最小,ERA-I海温在南海沿岸平均误差最小。需要特别指出的是,ERA-I月均海温在渤海和台湾海峡附近沿岸平均误差较大(部分站均方根误差超过2.5℃),在上述区域使用ERA-I海温数据时应考虑其产品偏差。     

渤黄海海平面的变化及其与ENSO的关系

利用1992年12月至2007年5月的高度计资料,研究了渤黄海海平面的变化特征。统计分析表明,近14a间渤海及北黄海、中央黄海海平面的平均上升高度分别为45.9mm和34.7mm,各海域的海平面上升速度不完全相同。研究发现,南方涛动指数(SOI)、纬向风应力距平都与渤海及北黄海、中央黄海的SLA呈负相关性,渤黄海海平面显著受SOI、纬向风应力调制,并且,SOI与渤黄海海域的风场之间有良好相关。将坐标系进行旋转后,获得与当地海平面异常相关最大的风应力方向。对SLA与新坐标系下风应力距平u的低频分量分析发现,渤海及北黄海海区、中央黄海对海平面影响最大的风应力距平u方向分别为东偏南20°方向、东偏南8°方向,风应力距平u分量与SLA、SOI的低频分量呈现更好的相关性。ENSO通过大气环流过程对渤黄海海域的风场产生影响,当地风场通过纬向风应力对渤黄海海平面的年际变化产生调制作用。因此,ENSO可以通过风应力对渤黄海海平面产生影响。     

有利于赤潮消亡的水文气象条件

本文收集整理了1980～2004年期间南海历次赤潮事件,以及这些赤潮事件结束前后对应的水文气象观测要素;结合学术界关于赤潮消退前后水文气象变化的研究成果,统计分析了南海赤潮消亡前后在气温、海温、气压、降雨、风向风速等方面的变化特征.研究显示:与有利于赤潮发生发展的水文气象变化相反的趋势是有利于赤潮消亡的环境条件;大部分赤潮事件在赤潮消亡前后有一种或多种水文气象要素出现明显的变化;赤潮持续时段天气系统的改变是赤潮消亡的有利环境条件,但不是唯一的影响因素:水温、气温过高或气压过低,同样可以抑制赤潮的维持或发展.     

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。     

福建沿海海水表层温度实测数据个例分析

采用福建沿海4个站点(包括浮标)2016年的实测水文气象数据,初步分析了不同天气系统影响情况下海表温度的变化特征。研究结果表明:福建沿海月均海温日变化和气温日变化有一定关系,二者都有明显的日变化周期,海温的日变化的峰值略滞后于气温日变化的峰值;无明显天气系统影响时,海温和气温的变化趋势比较一致,有冷空气或台风系统影响时海温和气温的变化趋势不再一致;冷空气系统影响时气温下降的时间从北到南依次滞后,而海温的下降从北到南延迟不明显;7月上升流的作用使得古雷浮标附近海表温度降低,并且周期发生明显改变。     

中国沿海地区对全球变化的响应及风险研究

中国沿海地区对全球变化的响应及风险具有高度的复杂性及不确定性,亟需深入开展相关研究。本研究着重回顾了近年来有关我国沿海地区陆域及海域对全球变化的响应特征、机制以及风险的若干研究成果。分析表明,自1960年代以来,全球变暖背景下我国沿海地区陆域及相邻海域的表面温度上升趋势十分显著,上升幅度和速率均高于全球平均值;生物与非生物的物候变化显著,温暖期(春、秋季)明显变长,并以东中国海(渤、黄、东海)最为显著;海洋物种地理分布变化、生物季节演替和群落结构与功能异常突显,赤潮、绿潮等生态灾害频繁,赤潮有年代际增加现象,热带海域珊瑚白化加剧。分析还表明,自1980年以来,我国沿海地区出现越来越多的高温热浪,沿海海平面持续上升并不断达到新高度,特别是破纪录的极端高海温事件、超强台风-风暴潮和极端高水位频发,这使得沿海地区社会-生态系统的气候暴露度不断增大;同时,沿岸海域富营养化、大规模围填海、破坏性以及过度捕捞等人类活动加剧了社会-生态系统的气候脆弱性,沿海地区的洪涝灾害严重,滨海湿地生境和生物多样性减少。未来不同气候情景下中国东部尤其是东中国海很可能是全球升温和海平面上升幅度最大的海区之一。这表明未来我国沿海地区的灾害风险格局趋于复杂多变。为此,本研究指出了急需深入研究我国沿海地区全球变化综合风险的若干科学问题与关键技术。     

西太平洋副热带高压的变动对我国赤潮发生的影响分析

根据1933—2012年间我国海域赤潮发生的相关记录和数据,分析了西太平洋副热带高压对我国海域赤潮发生的影响,赤潮多发区集中在西太副高北界和地面锋区带海域。3大海区赤潮发生次数与西太副高的相关程度不同:东海渤、黄海南海。西太副高偏强、位置异常偏西、脊线偏南年份东海赤潮发生次数会偏多,渤、黄海赤潮发生次数会偏少。反之,西太副高偏弱、位置异常偏东、脊线偏北年份东海赤潮发生次数会偏少,渤、黄海赤潮发生次数会偏多。     

北太平洋涛动与El Nino的关系及其年代际变化

基于HadISST海表温度和NCEP/NCAR的海平面气压等再分析资料,研究了北太平洋海平面气压主模态与El Nio的关系。结果发现:阿留申低压模态是对El Nio事件的同期响应,而北太平洋涛动模态可以诱导热带太平洋产生类似中部型El Nio的海温异常,且具有提前4~12个月的预报意义。冬春季的北太平洋涛动处于正位相时,阿留申低压与夏威夷高压同时减弱,北太平洋背景风场减弱。夏威夷高压东南侧西南风异常减弱北太平洋东北信风,使加利福尼亚海区SST暖异常,在"风-蒸发-SST"机制的作用下,异常暖海温向热带太平洋传播,使赤道地区海温升高并产生西风异常,热带太平洋产生类似中部型El Nio的异常海温。El Nio类型的年代际变化可能受到北太平洋涛动的影响,当北太平洋涛动信号活跃时,中部型El Nio事件的发生频率大。     

中国沿海和近海海平面上升预测

本文利用验潮站观测和卫星高度计数据,以及基于筛选的CMIP6的10个模拟性能较好的地球系统模式结果,对中国海平面的长期变化趋势,以及未来上升幅度进行了分析和预测。结果显示：（1）1960−2021年,中国沿海海平面呈加速上升趋势,上升速率为2.5 mm/a,加速度为0.06 mm/a²;1993−2021年上升速率为4.0 mm/a,高于全球同期3.3 mm/a的上升值。（2）1980−2021年,渤、黄海,东海和南海沿海海平面上升速率分别为3.5 mm/a、3.3 mm/a和3.6 mm/a,渤、黄海和南海沿海海平面上升速率较快,东海偏慢;渤、黄海沿海海平面在20世纪60−70年代上升较慢,80年代之后上升加快。（3）在中等情景（SSP2-4.5）和高情景（SSP5-8.5）下,2050年中国近海海平面将上升0.22 m（0.19～0.28 m）和0.24 m（0.21～0.33 m）;到2100年,中国近海海平面将上升0.59 m（0.47～0.80 m）和0.83 m（0.64～1.09 m）。（4）2021−2040年,统计预测的海平面上升中值略接近数值模式低、中和高情景预测值。2041−2060年,数值模式低、中和高情景预测值均介于统计预测的中值和高值之间。2081−2100年,统计预测的海平面上升高值与数值模式中情景预测值接近,绝对偏差为0.017 m,相对偏差为3.4%。（5）高情景下,2100年现有100年一遇的极端高海面将变为不足10年一遇,其中超过50%的站点将变为不足两年一遇,沿海防护工程等基础设施的防御能力降低,复合型滨海城市洪涝等灾害事件的风险增加。     

近10多年来我国沿海海平面变化和风暴潮

近百年来全球气候显著变暖,导致世界性海平面持续波动上升。根据我国沿海验潮站潮位资料统计分析表明,近10多年(1989～2000)来我国沿海海平面也早持续上升趋势,而且有较大幅度的上升。同时,近期发生在我国沿海的风暴潮强度较前期(1975～1986)明显加大。     

广东沿海赤潮与海洋水文气象关系研究

根据广东沿海发生赤潮的实测资料,重点分析了1997年10月至1998年5月广东沿海赤潮发生与海洋水文气象的关系.结果表明：棕襄藻（Phaecystis cf globosa Scherffel）和三宅裸甲藻（Gynmodiniu mmikimoloi）最大增殖速率的发生条件为：海水温度（以下均是日平均值）21.9℃～26.9℃.盐度26.68～32.01,气温22.9℃～27.1℃、风速0.2-4.3m/s、气压1 002.2～1 011.9hPa、相对湿度83%～94%.认为1997-1998年赤道太平洋上层海洋水温异常变化,导致1998年中国东南沿海水温和气温偏高,风速偏弱,盐度偏低,相对湿度偏高,气压偏低,容易发生赤潮;而降水量多少对1998年广东沿岸海域赤潮形成和发展也有重要影响.发现春夏季当海平气压和盐度出现下降趋势,气温、水温和相对湿度呈上升趋势,风速呈减弱趋势时容易发生赤潮,赤潮发生海域主要位于500 hPa图上的副高北沿,赤潮发生海域均位于槽前.在850hPa图上,华南地区则出现较强的切变线环流.地面天气图上,赤潮发生时在南岭附近有锋面系统存在,海面风速较弱,风向偏东.