1997～1998年热带太平洋海面变化

1 引言 在1997～1998年度发生的厄尔尼诺现象是有记录以来最强的一次,整个地球几乎都受到它的巨大影响,其中比较直接的影响有:印度尼西亚和巴西北部发生特大旱灾,秘鲁的洪水灾害,印度尼西亚不断发生的森林大火,巴西亚马逊河流域的原始森林的生态平衡遭到严重破坏.     

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.     

HY-2A卫星雷达高度计海面高度测量分析与评估

HY-2A卫星是我国首颗自主海洋动力环境卫星,已连续运行6年多。卫星上搭载的主载荷雷达高度计能够实现全天候、全天时全球海面高度、有效波高和海面风速的观测,这些观测数据已经广泛用于海洋防灾减灾、资源开发和海上安全等领域。为了全面了解HY-2A卫星雷达高度计多年来的整体观测性能,本文选取了2012年10月26日至2017年8月27日间的全部观测数据IGDR产品进行综合评价。通过自交叉和与Jason-2互交叉两种手段对HY-2A卫星雷达高度计测高能力进行评估。计算HY-2A升降轨自交叉点的测高不符值,发现HY-2A卫星雷达高度计在近全球海域内、升降轨高度异常差小于30cm的限制条件下,平均绝对高度误差为5.81cm,高度异常标准差为7.76cm;限制观测区域为南北纬60°范围内、海面高度异常升降轨交叉点处的差小于10cm的情况下,平均绝对误差可达3.95cm,海面高度异常标准差达4.76cm。通过和Jason-2卫星的互交叉,发现在南北纬66°范围内,交叉点高度异常差小于30cm的情况下,HY-2A和Jason-2的海面高度异常平均绝对误差为5.86cm,标准差为7.52cm,如果在该海域内将海面高度异常差限制在10cm内,平均绝对误差和标准差分别达到4.19cm和4.98cm。HY-2A卫星雷达高度计已经达到国际同类卫星雷达高度计测高水平,可以满足海洋科学研究、海洋环流反演等的需求。     

1993—2001年全球海面高度变化特征

应用TOPEX／POSEIDON（T／P）卫星高度计测高资料，对全球海洋的海面变化特征进行了分析，结果表明，1993年1月－2001年6月期间，全球海平面呈现上升的态势；全球平均海平面高度的平均上升速率约为1．2mm/a；海温的变化是引起海平面变化的重要原因，便其对海平面抬升的贡献不到50％。海平面的变化具有很强的地域特征。海平面变化的空间分布特征受风应力异常特别是纬向风应力异常的空间分布影响较大。     

热带太平洋海面对EL97／98事件的响应及ENSO预测

本文分析了1996－1998年逐月太平洋海面距平资料及热带太平洋海面赤道槽、脊及上层海水体积变化资料，清楚地看到20世纪最强的一次EL97／98事件，不仅基本特征明显，而且太平洋海面变化与其有密切的响应关系，受此启发，作者依据1975－2000年间赤道槽、脊、逆流槽及热带太平洋上层海水体积变化的历史资料，经年周期滑动平均数据处理和采用基于均生函数的正交化筛选建模方法，建立了各单预测因子周期外延的ENSO预测模式。结果表明，本预测模式除把单预测因子序列的历史变化趋势反映和预测出来，还揭示了历史上的El Nino事件发生了经滑动平均后的赤道脊或热带太平洋上层海水体积的峰值附近，结束于谷底附近，La Nina则出现在滑动平均后的赤道脊谷底上升至均值期间的一般规律性。根据各单预测因子周期外延曲线的峰、谷变化，预测下一次El Nino事件将于2001年下半年至2002年上半年期间形成。     

太平洋海面粗糙度的计算及在ENSO期间的变化

利用TOPEX高度计风速资料,实现了对太平洋海面粗糙度(z0)的计算。1997~1999年正是厄尔尼诺与拉尼娜事件发生时期,作者研究了1997~1999年z0在ENSO期间的变化后发现:(1)EI Nion发生期间赤道附近z0最大值在A,C,B 3个站点上移动;最小值在B,A 2个站点上移动。(2)Li Nina发生期间赤道附近z0最小值在A站点,最大值主要在B站点上。Li Nina发生期间,1999年15个站点z0均大于正常年份和EI Nion发生期间的15个站点z0。(3)ENSO期间,四季z0与正常年份相比都有显著改变。     

西北太平洋海面高度异常对热带气旋的响应

采用一种海面高度异常(Sea Level Anomaly,SLA)对热带气旋响应的合成分析方法,即根据热带气旋的路径位置和运动方向对海面高度异常进行插值、旋转和平均,得到不同热带气旋强度下,以热带气旋最佳路径点为原点的海面高度异常场.利用该方法,基于Aviso卫星高度计数据和中国气象局热带气旋最佳路径数据,得到了199...     

HY-2C卫星海面高度数据的质量分析

卫星海面高度数据对于监测全球海面高度具有重要的意义,所以卫星高度数据的定标和检验变得至关重要。海洋二号C（HY-2C）卫星是继海洋二号B卫星后的第二颗业务卫星,于2020年成功发射升空。然而,目前对HY-2C卫星高度计的数据质量了解甚少,所以对HY-2C卫星的海面高度数据进行质量分析具有重要的意义。本文以同期观测的HY-2B卫星和Jason-3卫星的地球物理数据（GDR）为参考,对HY-2C卫星遥感地球物理数据（SGDR）中的海面高度数据进行质量分析。结果显示,在星星交叉定标中使用3种常见的交叉定标插值方法对HY-2C卫星的海面高度异常数据进行自交叉点分析时,HY-2C卫星海面高度异常数据质量分析的结果不同。其中使用三次样条插值方法进行质量分析的结果最优,得到海平面高度异常差的平均值为0.03 cm,标准差为6.17 cm。此外,对HY-2C卫星和HY-2B卫星互交叉点海面高度异常差异的平均值为−0.47 cm,标准差为5.32 cm;HY-2C卫星SGDR与Jason-3卫星GDR的海面高度异常数据进行互交叉点分析,得到海平面高度异常差的平均值为−0.3 cm,标准差为5.32 cm,这些数据表明HY-2C卫星的测高精度与HY-2B卫星、Jason-3卫星一致。因此HY-2C高度计产品数据质量稳定,能满足海洋应用和科学研究的需要。     

用TOPEX/Poseidon资料研究南海潮汐和海面高度季节变化

采用引入差比关系法对南海TOPEX/Poseidon卫星高度计算资料进行了潮汐分析；根据所得潮汐调和常数对卫星高度计测得的海面高度进行潮汐订证，进而得到南海各季节的海面高度距平。结果表明，南海冬、夏季季风强盛期海面高度距平位相相反，南海中部夏季为正距平，且有2个正距平中心；冬季为负距平，且有2个负距平中心。春、秋季是不同的季风过渡期，海面高度距平分布也明显不同：南海中部春季为正距平，且只有1个正距平中心；秋季为负距平，且只有1个负距平中心。研究表明，长周期分潮Sa和Saa的叠加值可以很好地逼近南海海面高度距平。根据平均海面和海面高度距平得到了合成的海面高度和地转流场，发现南海表层地转流总体上是气旋式的；秋、冬季表层环流的西向强化十分明显，春、夏季较弱；冬季黑潮通过吕宋海峡进入南海北部，夏季基本上没有进入南海。     

热带太平洋海面风的年际变化对海平面变化的影响

海平面变化研究的意义在于掌握其变化规律,预测其未来变化及其可能对人类生存生活环境产生的影响。本文使用随机动态和相关分析方法分析卫星高度计资料,结果发现,除了显著的季节信号外,全球海平面存在显著的2～7a的年际周期,相关分析结果显示,这一年际周期跟ENSO密切相关。在太平洋不同纬度海平面对ENSO事件的响应整体上呈现出高纬衰减的变化特征。ENSO期间海平面变化剧烈,在热带太平洋区域,海平面变化受纬向风应力的调制,具有区域特征,海平面的年际变化与赤道流相关达0.6以上,揭示了风主要是通过Ekman作用影响海平面变化。     

用TOPEX/POSEIDON高度计数据研究南极绕极流流域海面高度的低频变化

采用TOPEX/POSEIDON(T/P)卫星高度计 1 993年 1月— 2 0 0 0年 1 2月海面高度数据 ,研究包含了整个南极绕极流流系 (40°— 6 0°S)的海面高度低频变化。首先采用EOF分解方法获取南大洋时空分布的主要模态 ,前 3个EOF模态分别占总方差的 2 4 .8%、1 3 .8%和 1 0 .7%。然后采用EMD方法分别分析了各个EOF模态的时间系数曲线的组成成分 ,对南极绕极流海域的各种时间尺度变化给出了清晰的描述 ,对于不同尺度变化所占的比例得到了定量的结果。研究结果表明 ,EOF的各个模态不仅在形态上存在差异 ,而且具有相互独立的物理背景。EOF的第一模态主要体现了以太阳辐射冬夏差异形成的年周期变化 ,另一个显著的特征就是南极绕极流从 1 993— 2 0 0 0年海面的整体上升趋势。EOF的第二模态体现了陆地地形对南极绕极流的约束作用 ,同时也显示了ENSO过程对南极绕极流 ,特别是对南太平洋的海面高度变化的影响。EOF的第三模态则体现了南极绕极流对南大洋表面风场东西方向不均匀变化的响应。同时 ,本文的研究也证明了EOF与EMD方法联合使用对揭示大范围时空变化有重要的实际意义     

南海海面高度变化及其与太平洋上涛动信号的关系

本文使用循环平稳经验正交函数(CSEOF)方法分析了南海海面高度(SCS-SSH)的时空变化模态,并对它们与太平洋海盆尺度振荡的关系进行了探讨分析。结果表明,SCS-SSH的第一个CSEOF模态是季节变化模态,其变化强度受到一个与厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)有关的低频信号的调制,即在厄尔尼诺期间季节变化的幅度减弱(最大可降低30%,1997/98)而在拉尼娜期间季节变化增强。SCS-SSH的第二个CSEOF模态是年际-年代际尺度的低频变化模态,其空间模态的月与月之间的差异微弱,而时间模态和太平洋年代际振荡(PDO)指数高度相关。然后,我们使用独立成分分析(ICA)方法提取了太平洋中的五个主要振荡成分,并检验了它们对SCS-SSH变化的各自影响。分析表明,纯粹的ENSO模态(类似于太平洋东部型ENSO)对SCS-SSH的低频变化的影响比较微弱,而ENSO的红化模态(类似于太平洋中部型ENSO)对SCS-SSH的低频变化具有明显影响。由于ENSO的红化模态是PDO信号的一个主要成分,这一结果解释了为什么在影响SCS-SSH的低频变化上PDO比ENSO更重要。径向鞍型振荡模态、黑潮延伸体处的增温模态、以及赤道的降温模态也由ICA方法提取出来,但它们对SCS-SSH低频变异的影响微弱。进一步的分析表明,太平洋的涛动信号可能以不同的方式来影响南海海面高度变化和海表温度变化。     

南海海面高度年际变化的S-EOF分析

应用依赖于季节的经验正交甬数(S-EOF)分析,探讨了最近15a南海海面高度随季节演变的年际变化.S-EOF分析得出南海海面高度异常各模态不同季节的空间结构以及时间演变过程,证实了季风强盛期冬季和夏季基本模态的结构,还分离出了季风转换期(春季和秋季)海面高度的分布格局.结果表明,南海海面高度随季节演变的年际变化与厄尔尼诺和拉尼娜事件密切相关.S-EOF1的结果表明,南海海面高度的变化具有明显而稳定的季节振荡,但在ENSO年海面高度的季节振荡相对减弱;S-EOF2模态显示了1998-2001年间冬季吕宋岛西侧存在一个较强的正异常,且能一直持续到春季;S-EOF3模态主要体现了南海西部一系列中尺度涡状结构的年际差异,包含1997/1998年厄尔尼诺对南海环流的影响.     

热带西太平洋水位的年陆变化与ENSO事件

根据美国ＴＯＧＡ水位中心所提供的１９７５－１９８８年水位月平均资料，分析，讨论了热带西太平洋水位的年际变化特征，特别是与ＥＮＳＯ事件有关的低水位现象，此外，还重点叙述了１９８６－１９８７年ＥＮＳＯ事件中水位沿经向和赤道剖的变化，以及此有关的赤道流系的变化。文中还定性地计论了赤道开尔文波沿赤道剖面的传播特性。     

印尼贯穿流出流海域海表高度时空变化

采用经验正交分解(Empirical Orthogonal Function,EOF)分析方法对印尼贯穿流出流海域卫星测高海面高度异常资料进行了分析,分析结果显示研究海域海面高度异常存在多时间尺度变化特征。1993—2013年期间,研究海域海面高度异常场存在明显的升高趋势,其升高速率为0.6 cm/a;研究海域海面高度异常存在显著的年际变化,其与Niño3.4指数的相关系数超前滞后相关最大可达0.65,且厄尔尼诺年偏高,拉尼娜年偏低;海面高度异常年周期变化显著海域主要受印尼贯穿流、印度洋南赤道流和Eastern Gyral Current(EGC)季节变化的影响,半年周期变化则对应于爪哇沿岸流与南赤道流共同作用下形成的涡旋的半年周期变化;另外,研究海域海面高度异常还存在显著的季节内变化特征。     

JASON-1与TOPEX/POSEIDON卫星高度计数据在中国海和西北太平洋的一致性分析及印证

利用JASON-1和TOPEX/POSEIDON卫星高度计在相互校正阶段的观测资料,对两者在中国海和西北太平洋测得的海面风速、有效波高、后向散射截面、海平面高度等参数进行一致性分析;利用j,v模型及主要分潮的调和常数,对中国陆架浅海的JASON-1海平面高度数据进行浅海潮汐修正,使用验潮站月平均水位资料对修正结果加以印证。结果显示,2颗高度计观测的海洋环境参数具有强相关性,JASON-1具备了完成延续TOPEX/POSEIDON数据集这一使命的条件。但是,2套系统对于同一海洋环境参数的观测还是存在不能忽略的差异,对这种差异进行了分析,并给出了修正模型。所使用的浅海潮汐修正方法有效地抑制了中国陆架浅海潮波对海平面高度反演的影响,所使用浅海水域的5个验潮站月平均水位资料与JASON-1高度计经过浅海潮汐修正后的海平面高度的相关系数为0.738,标准偏差为0.096m。通过进一步融合JASON-1和TOPEX/POSEIDON在并行飞行期间的海平面高度数据并与验潮站资料比较显示,两者的相关系数提高到0.83,标准偏差为0.067m。     

2004年苏门答腊地震前后海面高趋势的变化

利用苏门答腊附近海域T/P、Jason-1测高卫星近20年的海面高连续观测资料,分别计算了该区域(80°E~105°E,5°S~20°N)在2004年苏门答腊大地震前后的海面高变化趋势,并与该区域对应时间段GRACE重力卫星反演的地表质量迁移结果进行比较。研究结果表明,由卫星测高观测资料估算的震区地震前后海平面趋势的变化与卫星重力反演结果基本一致。由于卫星测高沿轨观测具有高精度、高时空分辨率的特性,卫星测高资料估算的海平面趋势变化可以更为准确地反映震区海平面变化的局部特征。还对该区域震后形变特征进行了初步分析。     

基于多星融合高度计数据的太平洋海域海平面变化特征分析

利用1993年1月—2012年12月共20 a的多星融合高度计数据,对太平洋海域海平面变化的空间分布、长期趋势等特征进行了分析。结果表明:(1)太平洋海域海平面总体呈西升东降的形态;(2)太平洋海域平均海平面的上升速率为0.284 28 cm/a,谱分析的结果表明其变化以1 a周期信号为主,且各部分海域平均海平面上升速率的分析结果也呈现西部大于东部的特征;(3)EOF分析表明第一模态为年代际模态,且可以解释原场的大部分,第二、第三模态为年际模态。     

太平洋东南海域海面高度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°～110°W)海面高度的季节及年际变化特征。研究结果表明 ,海区海面高度的季节变化总体上受太阳辐射季节变化的影响 ,南半球夏季 (1～3月 )和秋季 (4～6月 )大致为正距平 ,而冬季 (7～9月 )和春季 (10～12月 )大致为负距平 ,1996～1998年除外 ;同时 ,受季节性风场、海区罗斯贝波等的影响 ,海面高度变化的区域特征性很强。海面高度的年际变化在低纬处和沿岸还受ElNino影响。     

南海海面高度季节变化的数值模拟

比较POM模式模拟与观测(TOPEX/Poseidon高度计资料)的南海海面高度(SSH)的季节变化在空间分布上的一致性和差异.结果表明:本文使用的POM模式能较好地模拟南海SSH的季节变化;冬季与夏季,春季与秋季南海海面异常场形式完全相反,冬季Ekman输运造成在西海岸的堆积要比夏季在东海岸堆积更明显,而吕宋冷涡中心附近和吕宋海峡海面季节变化振幅最大;除春季以外,在南海绝大部分海域,海面高度的季节变化主要受风力的控制,南海海面热量通量对SSH的季节变化贡献约为20%,风应力对SSH的季节变化的贡献约为80%.