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.     

热带大西洋对全球变暖的响应

与太平洋和印度洋不同，全球变暖下热带大西洋变化的研究较少。本文使用地球系统模型CESM（Community Earth System Model），发现全球变暖后热带大西洋在秋季的升温类似大西洋尼诺（Atlantic Niño）的正位相，即大西洋西部增暖幅度小于东部；在夏季类似大西洋尼诺的负位相，即大西洋西部增暖幅度大于东部。利用覆盖（overriding）技术，分离了风应力、风速和CO₂的直接热效应对海洋升温的作用，探讨了大西洋尼诺本身和全球变暖作用下类似大西洋尼诺正位相（下文简称“类大西洋尼诺升温”）的形成机制。结果表明，这两种情况下的形成机制基本相同，风应力的变化是导致大西洋东部暖异常的主要机制。但两者之间也存在区别：1）全球变暖下海表温度的季节变化振幅减小，而大西洋尼诺时变化不大；2）全球变暖下西风异常主要集中在大西洋东部，而大西洋尼诺时主要集中在大西洋中部；3）除风应力外，CO₂的热效应对类尼诺升温的变化也有一定影响。     

印度洋浮游生态系统的特点及其对全球变暖的响应

与太平洋和大西洋相比,印度洋有独特的季风和洋流系统和由此驱动的浮游生物分布及生产规律.在全球变暖的背景下,印度洋的变暖趋势比太平洋和大西洋更为显著,是研究变暖对海洋浮游生态系统影响的热点海区之一.文章结合国内外文献,评述印度洋浮游生态系统的现状、特点及对全球变暖的响应,包括印度洋的浮游生物地理分布、南北印度洋浮游生态系...     

局地混合率变化对热带太平洋SST的影响

利用1个等密度面坐标大洋环流模式,研究了热带太平洋地区局地混合率变化对局地海表面温度的影响.研究表明,局地混合率的变化对热带中-东部地区以及海盆东边界处的海表面温度影响较强,而对海盆西部的海表面温度影响较弱,这些影响主要与局地温跃层的深度有关,此外海洋表层与温跃层的温度差等也会对局地海表面温度产生影响.     

东亚冬夏季风对热带印度洋秋季海温异常的响应

利用多年的Reynolds月平均海表温度资料和NCEP/NCAR全球大气再分析资料,分析了热带印度洋秋季海表温度距平(SSTA)与后期东亚冬夏季风强度变化的关系。结果表明,热带印度洋秋季SSTA的主要模态是全区一致(USB)型和偶极子(IOD)型,USB型模态主要代表热带印度洋秋季SSTA的长期变化趋势,而IOD型模态主要反映热带印度洋秋季SSTA的年际变化。热带印度洋秋季海温气候变率中既存在着明显的ENSO信号,也有独立于ENSO的变率特征,独立于ENSO的热带印度洋秋季SSTA变化的主要模态仍是USB型和IOD型。前期秋季USB模态与东亚冬季风及东亚副热带夏季风之间为负相关关系;与前期正(负)IOD模态相对应,南海夏季风强度偏弱(强),而东亚副热带夏季风强度偏强(弱)。USB型和IOD型模态对后期东亚冬、夏季风强度变化的影响是独立于ENSO的,但ENSO起到了调节二者相关显著程度的作用。     

热带印度洋偶极子事件和副热带印度洋偶极子事件的联系

分别对热带印度洋偶极子事件和副热带印度洋偶极子事件的时间序列进行了周期分析。结果表明,热带印度洋偶极子事件的主要振荡周期为2 a和4 a,而副热带偶极子事件的主要振荡周期为8 a;对整个印度洋海区的海表温度距平进行2~8 a的带通滤波,发现未滤波之前,2个事件的相关性很低,而在进行了滤波之后,2个事件的相关性有很大的提高,并且当副热带印度洋偶极子事件超前热带印度洋偶极子事件9个月时,二者具有很强的相关性。通过对温度场和风场的分析,从物理上解释了2个事件之间的相互联系。     

热带西太平洋、印度洋表层水温的变异特性及其对南极冰面积变化的响应

应用海洋表层水温资料（ＣＯＡＤＳ资料）,分析研究了对全球气候有重要影响的热带西太平洋、印度洋海洋表层水温的年变化和年际变化的特性,探讨了与ＥＮＳＯ和南极冰面积变化之间的联系。结果表明,热带西太平洋及印度洋表层水温具有明显的年变化和年际变化而且它们之间存在不同的变化趋势。这种结果是两大洋的水温振荡周期不同有较大关系。热带印度洋表层水温的年际变化与Ｅ１ Ｎｉ￣／ｎｏ和Ｌａ Ｎｉ￣／ｎａ的发生年份存在较     

4个代表站点的珊瑚δ18O数据对热带印度洋气候变率的反演能力分析*

珊瑚中的δ¹⁸O含量可以高精度地记录热带海洋中的气候变率及气候变化信息, 从而弥补器测观测时间长度有限的缺陷, 为反演过去长期的气候状况提供了可能。热带印度洋的气候模态通过海气相互作用影响周边区域甚至全球的气候, 具有重要的研究意义。本文对比分析了1880—1999年间热带印度洋4个站点(肯尼亚、坦桑尼亚、塞舌尔、明打威)的珊瑚δ¹⁸O数据, 研究了其对热带印度洋气候的反演情况。结果显示, 珊瑚δ¹⁸O对海表温度(sea surface temperature, SST)的长期变化趋势反演良好, 珊瑚δ¹⁸O与局地SST在季节循环中保持一致, 且在低温季节对SST的变化更为敏感。此外, 4个站点的珊瑚δ¹⁸O对印度洋海盆模态(Indian Ocean Basin Mode, IOBM)和印度洋偶极子模态(Indian Ocean Dipple Mode, IODM)有一定的表征能力, 并且δ¹⁸O记录的热带印度洋年际变率受年代际变率调制。本文的研究结果表明, 珊瑚δ¹⁸O数据对于了解古气候时期热带印度洋气候变率具有重要的指示意义, 但同时也需要综合考虑不同站点的信息来完整地反映印度洋在历史时期的气候变化情况。     

热带印度洋降水、蒸发的时空特征及其对海表盐度的影响

本文利用降水、蒸发等资料分析热带印度洋年降水量、蒸发量、净淡水通量的分布特征,并选取4个典型海域来分析降水量、蒸发量、净淡水通量的季节变化和年际变化。结果表明:东印度洋的苏门答腊岛西部海域年降水量最大,季节变化较小,属全年降雨型;孟加拉湾的东北部和安达曼海的北部海域年降水量较大,其年际变化以4.2 mm/a的速率增长,强降水出现在5-9月;阿拉伯海的西部海域年降水量较小;南印度洋东部（20°~30°S,80°~110°E）海域年降水量较小,年蒸发量较大,年蒸发量在2000年之前以5.1 mm/a的速率增长,之后以4.5 mm/a的速率减小。本文还采用Argo盐度等资料探讨降水、蒸发对海表盐度的影响,研究结果表明:降水量远大于蒸发量的海域,海表盐度较低;降水量远小于蒸发量的海域,海表盐度较高。表层水平环流是导致高净淡水通量中心与低盐中心并不重合的主要原因,也是导致强蒸发中心与高盐中心并不重合的主要原因。选取的4个典型海域海表盐度的季节变化与净淡水通量关系不大,而是与表层水平环流有关。孟加拉湾强降水对表层盐度的影响显著,强降水发生后表层盐度降低0.2~0.8,其影响深度为30~50 m。     

热带东印度洋春季浮游植物群落结构空间特征分析

基于2013年3月至5月采集的热带东印度洋海域(10.0°S～4.0°N, 83.0°～97.5°E)浮游植物水样样品,分析了其种类组成、优势类群、细胞丰度等群落特征参数,综合比较了水平和垂向上浮游植物种类及丰度的差异性,初步探讨了其成因。结果表明：2013年春季热带东印度洋微型浮游植物共鉴定出306种,主要由硅藻、甲藻、金藻、蓝藻、裸藻和隐藻六大门类组成,其优势类群主要以粒径较小的隐藻、微型甲藻、菱形藻、环沟藻等为主。水平分布上,各水层浮游植物细胞丰度分布趋势相似,但斑块特征明显,其高值区位于88°E断面赤道以南次表层水域(30 m、75 m),局部区域细胞丰度值可达10⁴ cells/L以上;与其毗邻的东南部、东部水域为低值区,并向赤道延伸。垂直剖面上,硅藻和甲藻广泛分布在各取样深度,但分布特征有明显的空间差异和规律,0 m、30 m大部分站位硅藻种类比例在0.2～0.3甚至更低,甲藻在0.7～0.8,随着水层加深(75 m、100 m、150 m、300 m),硅藻种类占比上升到0.5～0.6,甲藻降低到0.4～0.5,无论硅藻还是甲藻种类数75 m层最丰富。30 m和75 m水层细胞丰度明显高于其他水层。甲藻是热带东印度洋微型浮游植物种类和细胞丰度的重要贡献者,低生物量海域表现的更为明显,贡献率大于80%。该研究将极大丰富东印度洋浮游植物群落空间特征基础信息较匮乏的现状,为量化、评估该海域的生物资源提供数据支撑。     

印度洋波浪诱导的水体输运效应及其对赤道SST异常的影响

波浪诱导的水体输运会对海洋产生大尺度影响。结合波浪大尺度效应的研究现状和印度洋涌浪分布的事实,利用ECMWF-CERA20的波浪、海表面温度(SST)及风场数据,采用多种统计分析方法,研究了波浪输运与赤道印度洋SST的潜在关系。结果显示:中高纬度波浪输运异常的低频信号在空间、周期上与赤道SST异常均有高度相似性;Stokes漂流纬向、经向异常呈现出南—北、东—西的振荡,其第二模态时间序列与印度洋偶极子(Indian Ocean Dipole,IOD)指数存在强相关性并在La Ni a次年的负IOD事件中达到最高:相关系数在ACC区域纬向异常超前6个月时接近0.6,中纬度区域经向异常在超前3个月时达到0.7。在La Ni a次年的负IOD中,波浪经向输运异常的相位(超前三个月)与赤道SST异常相位呈全年反相位,经向浪致输运异常造成的东—西热量输运差异对赤道SST异常分布有不可忽略的贡献。     

热带西南印度洋上升流区季节和年际变化研究及与印太系统海气相互作用

用59年Ishii再分析温度资料,讨论了热带西南印度洋(SWTIO)上升流区的季节和年际变化以及与上升流区有关的温度距平的变化,同时分析了其与热带印太海气系统的关系,结果显示SWTIO 上升流在南半球冬、夏季比较强,春季最弱。它的范围在5°~1°S,在东西向从50°E可以伸展到90°E。该上升流区的变化与温跃层的温度距平有密切的关系,并存在明显的5 a振荡周期。SWTIO上升流区温度距平的5 a周期振荡是由热带东印度洋温度距平在最大垂直温度距平曲面(MTAL)上向西沿着11.5°~6.5°S传播过来的,它与热带太平洋的温度距平传播方式不同。SWTIO上升流是热带印太海气系统的一个重要组成部分,印度洋偶极子 超前SWTIO上升流区温度变化5个月,最大相关系数达到0.57,NINO3区指数超前SWTIO上升流区指数2个月达到0.49。当热带印太区域的大气风场改变,影响热带太平洋和印度洋表层SSTA,出现ENSO和DIPOLE,进一步向西传播到SWTIO次表层,导致SWTIO上升流区出现改变。     

气候增暖对热带大气季节内振荡能量传播的影响研究

针对近百年来气候增暖这一观测事实,探讨了气候增暖背景下热带大气季节内振荡(ISO)能量传播的长期变化问题。利用56年的NCAR/NCEP再分析资料、中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值拟国家重点实验室发展的耦合气候模式FGOALS1.0_g的60年数值模拟结果,采用时空谱方法对比分析了实测资料、模式的控制试验和CO21%等比增加的模拟结果。实测资料分析得出:气候增暖将导致热带大气ISO东传波能量相对增强,西传波能量相对减弱。数值模拟结果分析证实是CO2持续增加导致了气候增暖,同时它也是热带大气ISO东传波能量增强西传波能量减弱的主要原因。     

印度洋西北部海域鸢乌贼渔场分布及其与海面温度的关系

根据2004年9月-2005年4月印度洋西北海域鸢乌贼生产调查资料及海面温度数据,按经纬度1°×1°空间分辨率,采用软件Marine Explorer 4.0和数理统计方法对鸢乌贼作业渔场分布及其与海面温度的关系进行了分析。结果显示,9月-翌年1月作业渔场分布比较分散,分布在11°30′~19°30′N,58°~64°E海域;2-4月作业渔场分布比较集中,主要分布在15°~16°30′N,60°~61°30′E。各月份的平均日产量波动不大。作业渔场的适宜海面温度为25~29℃。经Kruskal-Wallis统计检验,调查期间各个温度组作业CPUE不存在显著性差异。     

First and second baroclinic mode responses of the tropical Indian Ocean to interannual equatorial wind anomalies

The combined and individual responses of the first and second baroclinic mode dynamics of the tropical Indian Ocean to the well-known Indian Ocean Dipole mode (IOD) wind anomalies are investigated. The IOD forced first baroclinic Rossby waves arrive at the western boundary in three months, while the reflected component from the eastern boundary with opposite phase arrives in five to six months, both carry input energy to the west. The inclusion of the second baroclinic mode slows down the wave propagation by mode coupling and stretches the energy spectrum to a relatively longer time scale. The total energy exists in the equatorial wave guide for at least five months from the forcing, as much as 10% of that of the atmospheric input, which mainly dissipates at the western boundary. The individual responses of the ocean to IOD interannual wind anomaly show that the significant modes of oceanic anomalies are confined to a wave guide of 10° on either side of the equator.     

热带三大洋海-气耦合主模态及其相互作用的研究进展

从地球气候系统的角度,回顾了国内外热带太平洋、大西洋和印度洋海洋-大气相互作用研究,特别是有关这三大洋海-气耦合主模态研究已取得的成就;提出了热带印度洋、大西洋在被热带太平洋“充电”的同时,如何通过大气桥“放电”,从而改变热带太平洋海洋动力过程是目前面临的重要科学问题.指出了海洋动力过程在三大洋相互作用中的重要性.     

印度洋偶极子及其可预报性研究进展

主要介绍印度洋偶极子(IOD)的时空特征、演变机制和可预报性的研究进展。IOD是东西热带印度洋反相的海温异常,是热带印度洋的年际海温变率最主要的两种异常结构之一。关于IOD的演变机制,特别是ENSO在其中所起作用,一直是学界争论的热点。一些学者认为,IOD是ENSO通过遥相关作用对热带印度洋造成的影响;另一些学者则认为,IOD是热带印度洋内部海气振荡的产物。本研究重点讨论这两种观点的相关证据以及IOD与ENSO的关系。此外,现有多数模式对IOD的预报时效小于3~4个月,潜在的预报时效则大于5个月,但这些对IOD的可预报性研究尚处于起步阶段,还有很大发展空间。     

山东5月降水异常环流型及其与海温异常的联系

利用1981-2019年NCEP/NCAR再分析资料和观测降水资料,对山东5月降水多(少)雨年环流特征进行分型,分析前期海温影响大气环流进而影响降水的过程.结果表明:典型多(少)雨年,亚洲中高纬环流呈"-、+"("+、-")距平分布,盛行纬(经)向环流,东亚大槽偏弱(强).前期冬春季黑潮区和热带印度洋海温是影响山东5月...     

基于ECCO数据研究上层海洋盐度对印度洋偶极子事件的不对称响应

本文利用海洋观测资料和全球海洋环流模式数据（Estimating the Circulation and Climate of the Ocean, ECCO）研究了赤道印度洋上层海洋盐度的年际变化及其相关的海洋动力过程。研究结果表明,上层海洋盐度年际变化主要受印度洋偶极子事件影响,且盐度变化在正、负印度洋偶极子事件中存在不对称特征,其在偶极子正事件中表现更强烈。进一步研究表明,赤道印度洋上层盐度变化主要受纬向平流输运调控,尤其是Wyrtki急流对盐度变化有重要影响。在正印度洋偶极子事件期间,Wyrkti急流减弱甚至消失,流场负异常的强度明显较负偶极子事件期间的流场正异常强度强。印度洋偶极子存在正偏度是造成盐度和流场在正、负印度洋偶极子事件中存在不对称性的主要原因。