南海海表温度日变化特征及其影响因素研究

利用国家海洋环境预报中心的逐时海表温度（SST）数据和欧洲中期数值预报中心的ERA5数据集研究了南海海表温度日变化（DSST）的特征及其影响因素。研究结果表明：南海区域的DSST平均为0.56℃,总体呈纬向分布,近岸海域DSST幅度较大,但超过1.5℃的日增暖事件发生频次较少;南海DSST具有显著的季节变化特征,总体表现为春季最大（约0.7℃）,冬季最小（约0.2～0.3℃）;净辐射通量日变化和风速的季节变化是影响南海DSST季节变化的主要原因,南海月平均DSST与净辐射通量日变化的季节变化具有很好的一致性,DSST随着净辐射通量日变化的增加而增大,但DSST与风速的变化关系则相反;南海季风对南海DSST的季节变化也有着重要影响;南海SST具有明显的日循环特征,通常在每日16时到达峰值,08时到达谷值;影响南海SST日循环的主要因素为净辐射通量的日循环,风速日循环的影响相对较小。     

南海中尺度涡强度的季节和年际变化分析

为了研究南海中尺度涡强度的季节和年际变化规律,利用Matlab提取50 a(1958~2007年)简单海洋资料同化(Simple Ocean Data Assimilation,SODA)月平均数据集中流场和海表面高度场数据,应用一个涡旋自动探测算法对南海中尺度涡初始生成位置进行分析,并分析了海表面高度异常均方根值的季节变化和年际变化。结果表明:50 a里南海中尺度涡主要分布在吕宋岛西北海域、吕宋岛西南海域和越南以东广大海域,秋、冬季中尺度涡能量较高,春季中尺度涡最弱,中尺度涡强度高值区年际变化明显。从季节变化上看,海面高度异常均方根春、夏季最小,秋冬季最大;从年际变化上看,与同时期Nino3指数有显著负相关,周期大约为3 a。     

热带太平洋5月份上层洋流的动力统计诊断

利用复EOF分析,将热带太平洋5月份的上层洋流看作一个整体,对其作了动力统计诊断,用以考察热带太平洋5月份上层流场的年际和年代际变化,并揭示其与长江流域梅雨异常的关系.结果表明,热带太平洋5月份上层偏差流的前三模态均为赤道所俘获;其第一、二模态具有明显的年际变化;第一模态与长江流域梅雨异常密切相关;第二模态与ENSO密切相关;第一模态其模的振幅有由小到大的年代际周期变化,且从1994年起模有越变越大的趋势,这表明这段时期长江流域梅雨降水量的异常有所增大.     

三沙市海域海平面变化

使用1993-2011年的台站和卫星高度计资料详细分析了三沙市海域近19 a的海平面变化特征及规律。结果表明:三沙市周边海域海平面存在明显的季节变化,且区域特征明显。海平面变化除了明显的年和半年周期,2~3 a、4~7 a和准9 a的周期也较显著。海平面长期变化呈现明显的波动上升趋势,且空间分布上区域特征显著,西沙群岛南部海域海平面上升趋势最强,西沙群岛北部与中沙群岛西部次之,南沙群岛东部海平面上升速率较快,南沙群岛西部上升趋势最弱。受大气环流等异常气候事件的影响,1998年和2010年海平面的年际变化波动较大,年变化振幅显著偏高。未来三沙市海平面将继续上升,预计2030年、2050年、2070年和2100年海平面将比常年分别升高约11 cm、20 cm、30 cm和45 cm。     

基于再分析数据的黄岩岛及邻近海域气象条件分析

采用美国NCEP-CFSR数据库资料,提取了1979—2010年的海平面大气要素场,在中国南海区域(0°～25°N、105°～125°E)和黄岩岛附近点(15°N、118°E),按日、月、年统计了32 a间海平面气压、海面2 m气温、海面2 m相对湿度、海面10 m风场基本气象要素特征。分析发现:黄岩岛及邻近中国南海区域属于赤道带、热带海洋性季风气候,其气候特征是:(1)海平面气压呈北高南低、冬季高夏季低的分布形势;黄岩岛日平均海平面气压冬季约为1 012 hPa,其他季节约为1 008 hPa,年平均海平面气压变化具有准5 a的周期;(2)全年平均气温较高,分布呈现北低南高,大陆低海面高,冬季低夏季高的特点;黄岩岛海面2 m气温日变化较小,年平均值约为27～28℃,年际变化上具有整体增加的趋势;(3)全年相对湿度较大,基本在60%以上,随季节变化明显,冬季较小,夏季较大;黄岩岛日平均相对湿度为80%,总体也具有略微增大的年际变化趋势;(4)受季风影响明显,冬季盛行东北季风,平均风速约为10～12 m/s,夏季盛行西南季风,平均风速约为4～8 m/s;黄岩岛海面风速的变化具有2.5～5 a的变化周期,年平均风速在5.3 m/s上下波动。     

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.     

东海黑潮热输送变异与经向风异常

根据日本气象厅1956-2003年在PN断面获得的观测资料和NCEP 850 hPa风资料,分析了东海黑潮热输送的变异特征,并探讨了冬、夏季热输送与风异常的关系.结果表明,黑潮通过PN断面多年平均的热输送达16.52×1014 W,热输送的年际和年代际变化都很明显,其主要变化周期为准2 a,5 a和22 a.黑潮热输送在1976年前后发生了一次由弱到强的气候跃变.黑潮热输送具有很强的长期的线性增加趋势,在1956-2003年增加了约6.51×1014 W.相关与合成分析结果显示,南海南部和黑潮流域上空的经向风异常对东海黑潮热输送的年际变化有重要影响,即当偏南风异常增强时,黑潮热输送将加强,反之将减弱.     

南海岛礁周边海域表面叶绿素浓度的时空特征

南海海域内岛礁众多, 渔业资源丰富, 而目前针对岛礁周边海区生态要素开展的研究仍较少。本文利用近20年多卫星融合水色遥感数据, 分析了南海38个主要岛礁周边区域海面叶绿素浓度的空间分布、季节变化和年际变化特征。结果表明, 岛礁周边普遍存在叶绿素浓度高值区, 其浓度约在离岛礁5个等效半径外降至海区背景水平。岛礁周边海域的叶绿素(相对于背景值的)浓度异常受海区背景值影响, 两者在南海的空间分布格局与背景值基本一致: 在平均温度较低、季风强度较大的东沙、西沙海区, 叶绿素浓度异常高于温度较高、季风强度相对较弱的中沙、南沙海区。叶绿素浓度呈现出明显的季节变化和年际变化特征, 一般在冬季风期间升高, 而在夏季风爆发前降至最低; 在El Ni?o次年随海温升高和季风减弱而下降, 在La Ni?a次年则相反。岛礁周边的叶绿素浓度异常受到温度变化的影响, 随着近年来海温变化幅度加大, 其年均水平呈显著下降趋势(P=5.05×10 ^-5)。这些结果可为我国岛礁区域渔业资源的开发和管理提供信息支持。     

源区黑潮热输送低频变异及其与中国近海SST异常变化的关系

基于长时间序列的水温和盐度资料,通过动力计算方法估算了源区黑潮（18°N断面）热输送量,分析了源区黑潮热输送变异和中国近海SST异常的年际、年代际时空变化特征及两者之间的相互关系．结果显示,源区黑潮热输送异常呈现出显著的以2—7、10～20a和约30a为主周期的年际、年代际变化,且具有线性增强的长期变化趋势．并约于1976年前后发生了一次显著气候跃变．中国近海SST年际、年代际异常变化的最显著区域位于渤海、黄海、东海海域和台湾海峡．源区黑潮热输送变异在年际、年代际尺度上与中国近海SST异常变化密切相关,源区黑潮热输送变异可能是影响中国近海SST异常变化的重要因素之一．     

冬、夏季印度洋越赤道经向翻转环流的年际变化

利用50 a的SODA资料对1月(冬季)和7月(夏季)印度洋越赤道经向翻转环流的年际变化进行研究。通过对2类典型年份的合成分析指出:1月份正异常年对应的经向翻转环流偏强,向北的经向热输送增加;7月份正异常年对应的经向翻转环流则偏弱,向南的经向热输送减少;1月份和7月份的负异常年皆与其正异常年相反;越赤道经向翻转环流有明显的年际变化,平均周期在4 a左右;经向翻转环流的年际变化和海面风场的变化密切相关。提出了反映1月和7月此环流年际变化的几个指数。     

黑潮输送的异常及其与大尺度海气相互作用的关系

以128.5°E为界,沿27°N,北太平洋西边界流输送可以分成呈明显负相关的东、西2段。西段(即黑潮)主要参与副热带环流(STG)和经向环流(STC);东段主要参与日本东南的反气旋式涡旋再回流。从气候态来看,西段输送在7、8月份最大,3月份次大;东段输送在6—8月份最小,其它月份比较接近;整体结果表现为全年有2个接近的极大值,分别是3、4月份和7、8月份。从年序列来看,西段输送在20世纪70年代后期有一次明显的突变;而东段在1955年突然减小,在1963年突然增大。小波分析表明,东、西两段的振荡周期都随时间变化。西段输送时间序列的20a左右周期振荡在1976年以前非常明显,9a左右周期振荡在1985年以后比较显著;东段输送的13a左右周期在1976年以前显著,1985年以后的主要振荡周期从7a逐渐减小到3a左右。奇异谱分析表明,西段输送的年代际变化占总方差的45%,年际变化占总方差的13.6%;东段输送的年代际变化占总方差的24.3%,年际变化占总方差的32.3%。黑潮输送异常和太平洋年代际振荡(PDO)及ENSO有着非常密切的关系。在年代际尺度上,一个可能的过程是,PDO超前于黑潮输送异常;异常的黑潮输送通过改变北太平洋中部的SST梯度引起的海气相互作用过程而调制ENSO的变化。在年际尺度上,黑潮输送异常滞后于PDO和ENSO变化,且呈负相关。     

夏季舟山上升流长期遥感观测与分析

舟山海域夏季常年存在上升流,且强度、范围等具有年际变化。本文利用2002—2011年7—8月份的海表温度和叶绿素a浓度数据,研究了舟山夏季上升流区域的物理特征、年际变化;此外,利用上升流区域与外海的海表温度差值以及对应的叶绿素a浓度分布范围,定义了上升流的边界。研究结果显示,舟山海域夏季海表温度明显低于外围海域,范围在29°～31°N,122°～123°E,中心平均温差在1.5℃。7月份的叶绿素a浓度均值达到6.6 mg/m³,且上升流区域和非上升流区域叶绿素a浓度差异大,表明上升流处于强势期。8月份的叶绿素a浓度均值达到6.4 mg/m³,但各年份间的差异较大,具有明显的年际变化特征。结合叶绿素a浓度分布特征和海表温度差值数据,可定义7月份的舟山上升流边界温度阈值为0.75℃,8月份阈值为0.5℃。     

热带太平洋5月份海气联合动力统计诊断

利用复EOF分析,将热带太平洋5月份的大气风场和海洋上层流场看作1个整体,对其作了动力统计诊断,用以揭示热带太平洋5月份大气、海洋环流异常与长江流域梅雨丰欠的关系并考察其年际和年代际变化.诊断结果表明:在同一EOF模态中,大气部分和海洋部分的结构有很大不同,海洋模态表现出较强的赤道陷波特征;在南、北纬5°之外,海洋流场已大幅衰减掉了,而大气风场该现象不明显.EOF第1模态模的时间系数振幅从1994年起增大趋势明显,这表明气候变化剧烈程度在加大;前2个EOF模态的时间系数均具有明显的年际和年代际变化.EOF第1模态为长江流域梅雨丰欠异常模态,大气存在经圈环流异常.EOF第2模态为ENSO模态,大气存在纬圈环流异常.黑潮因处5°N以北,已离开赤道,故其流速虽大,但流场偏差则很小,即其流速异常不明显.     

台湾以东黑潮的低频变化及机制研究

本文基于AVISO（Archiving, Validation and Interpretation of Satellite Oceanographic data）1993-2015年间的海表面绝对动力高度数据,研究了台湾以东黑潮的低频变化特征,并探讨了影响其变化的机制。结果表明,台湾以东多年平均的黑潮流幅值约为136 km,表层流量值约为7.75×104 m2/s,对应的标准差分别为28 km和2.14×104 m2/s。台湾以东黑潮不仅具有显著的季节变化特征,还具有显著的年际变化特征。功率谱分析结果表明,台湾以东黑潮表层流量具有1 a和2.8 a的显著周期。空间上,台湾东南部黑潮的年际变化幅度比东北部强烈。相关性及合成分析结果表明,台湾以东黑潮的年际变化与PTO（Philippines-Taiwan Oscillation）之间存在显著的相关性。PTO年际震荡所导致的副热带逆流区反气旋式涡旋与气旋式涡旋的相对强度是影响台湾以东黑潮年际变化的主要动力因素。     

基于遥感资料的北黄海叶绿素a浓度时空演变特征分析

海表叶绿素 a （Chl-a） 的分布具有明显的空间区域性以及动态发展特征,分析叶绿素 a 浓度的长期变化趋势对了解海洋初级生产力发展、生态监测具有重要意义。北黄海渔业资源丰富,是我国重要的渔场,为调查海域整体生态系统稳定 性,本文利用 Hermes 提供的多源卫星融合数据,从遥感视野,运用 Mann-Kendall 趋势检验方法,在全局尺度分析 1998—2019 年北黄海叶绿素 a 浓度的年际、季节变化特征及其演变规律,分析了其动态变化特征与环境要素的相关性。研究发现,北黄海叶绿素 a 空间分布区域性强,具有明显的季节变化。近海海域浓度高于深海海域,辽东半岛大洋河口具有一高值中心,这与陆源输入有关。除西朝鲜湾附近海域呈微弱的上升趋势外,其他海域均呈现下降趋势,近岸海域下降趋势显著,这意味着西朝鲜湾附近海域浮游植物可能有更强的生长潜力。北黄海 Chl-a 浓度变化影响因素复杂且区域性强,Chl-a 浓度与环境因素仅部分月份存在较强的相关关系,季节上不同因素存在相对主导的相关性。相关环境因素在一定程度上均会对Chl-a 的分布和变化产生影响,时间上,9 月 PAR 与 Chl-a 有相对较强的负相关关系。空间上,光合有效辐射相较海表温度、海表风速对 Chl-a 浓度影响较大。冬季,辽东半岛南部海域与 SSW 呈相对较强的正相关;夏季在海域西部则与 SST 呈相对较强的负相关。沿岸径流输入的减少可能是近岸 Chl-a 呈下降趋势的原因。     

东海黑潮PN和TK断面流量的多时间尺度变化特征

根据日本海洋数据中心提供的1972—2017年PN断面共181个航次和1987—2010年TK断面共92个航次的CTD调查资料,利用动力高度法估算了这2个断面的流量,分析了其季节、年际和长期变化特征。主要结果表明,PN断面流量季节变化为冬、春和夏季大而秋季小,TK断面流量季节变化为冬、夏季大而春、秋季小,二者共同点为最大(小)流量均出现在夏(秋)季。PN断面年平均流量的年际变化不明显,但冬季和夏季流量分别具有准3 a和准2 a的显著变化周期;TK断面年平均流量具有准4 a和准6 a的显著变化周期,冬季流量具有准4 a和准7 a的显著变化周期,但夏季流量无显著变化周期。此外,PN断面流量在1976年附近出现了一次较大幅度的增加。PN断面流量具有较大的长期增加趋势,增长率约为0.3 Sv/a,在1972—2017年增加了约13 Sv,结合NCEP海面风应力资料,结果显示,北太平洋更高纬度带(35°N和40°N)的风应力旋度对PN断面流量的影响更强。     

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。     

天津市内陆重要渔业水域生态环境调查与评价

2012—2013年,对天津市辖区内重要渔业水域潮白新河、独流减河和蓟运河的渔业生态环境进行了调查,结果表明:3个水域水化指标中,pH和总氮、总磷含量年际变化表现为总体下降;氨氮、石油类含量的年际变化不明显;亚硝酸盐含量表现为上升趋势;高锰酸盐指数年际变化为:潮白新河呈上升趋势,独流减河变化不明显,蓟运河呈下降趋势。3个水域浮游生物指标中,叶绿素a年际变化均呈上升趋势;浮游植物的密度和生物量年际变化为:潮白新河表现为上升趋势,独流减河、蓟运河呈下降趋势;浮游动物的密度和生物量年际变化为:潮白新河、蓟运河呈下降趋势,独流减河呈上升趋势。采用综合营养状态指数法评价3个水域的营养状态,潮白新河、独流减河和蓟运河监测的综合营养状态指数极值分别为357.12~376.81、329.83~349.97、348.81~342.83,营养状态分级为重度富营养状态,3个水域的营养状态没有显著性差异(P0.05)     

东昌湖水体富营养化动态变化与分析

采用基于GA优化的普适卡森指数公式,利用聊城市东昌湖2003—2008年的实际监测数据,对东昌湖水体近年富营养化动态变化趋势进行了系统的分析。结果表明:东昌湖各站点自2003—2008年均处于富营养化水平,从2003~2008年TSIG指数值随年际变化有一定起伏,但自2006年后基本呈逐步上升趋势;从空间来看,北、东、南3个站点的TSIG指数值随年际变化趋势基本一致,但西关桥的曲线变化起伏较大,特别是在2003年西关桥TSIG指数值较其他3个站点有明显上升;在季度变化方面,4个站点春、夏、秋季TSIG指数值变化均不大,但在冬季都有很明显的下降;另外,各指标加权值比较表明,在所选用的4个评价指标中,对湖泊富营养化贡献大小依次为TNpHTPDO。     

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。