黑潮大弯曲的灰色分析和预测

利用５０多年黑潮大弯曲统计资料，用灰色系统理论对黑潮大弯曲持续时间与冷水团范围、中心温度及大弯曲１０处不同类型路径的关系进行了分析和讨论。文中建立了黑潮大弯曲出现时间的ＧＭ（１，１）预测模型：Ｘ（（１）（ｋ＋１）＝－６３．６１ｅ＾－０．３３５４ｋ＋６４．６１以及黑潮大弯曲持续时间的ＧＭ（１，１）包各预测模型：Ｘ（１）上（ｋ＋１）＝－４５０．０４ｅ＾－０．２４７４２４ｋ＋５７０．０４，Ｘ（１）ｇｈ     

1983年埃尔尼诺期间海气热交换分析

本文利用1983年欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的客观分析资料与美国气候分析中心(CAC)月平均海温网格点资料,计算了45°E—75°W,35°N—35°S范围内太平洋和印度洋海气交界面上的感热、潜热通量,着重分析埃尔尼诺El Nino事件发展最盛的1983年1月和结束的12月所呈现的不同特征,并与1981年1月的情况作了对比.结果指出:在El Nino年,在日界线以西的中太平洋赤道附近低纬地区海气之间的热交换比正常年份强烈,但在170°W以东的中、东太平洋赤道附近及南侧SST的强增暖区为热通量的低值区,而印度洋上感热、潜热通量的强度分布类似于正常年份.这种热通量的强交换区的空间分布与海表温度的高温区和强增暖区及强对流区和OLR的负距平区的对应关系较为复杂,但与1000hPa的风场有着十分良好的对应关系.这种强交换随着El Nino过程的衰退和结束而减弱.     

1854-1987年期间的埃尔尼诺与反埃尔尼诺事件

本文根据1854-1978年COADS海温资料对赤道东太平洋海温变化进行了研究,补充了1979-1987年资料,共确定出31个埃尔尼诺事件及24个反埃尔尼诺事件,并与其他作者的结果进行了详细的比较,同时根据事件发生的时间进行了分类.第一类埃尔尼诺或反埃尔尼诺事件,正或负距平开始于上半年(1-6月),第二类事件开始于下半年(7-12月),1982-1983年及1986-1987年两个埃尔尼诺事件均属第二类.第二类埃尔尼诺事件的正距平区常自西向东传播,与第一类的自东向西传播不同.     

黑潮大弯曲内(左)侧的温度锋

本文按多年平均,强型大弯曲和弱型大弯曲三种情况,分别对黑潮大弯曲内(左)侧的温度锋作了探讨.主要结果:(1)日本以南海域黑潮流轴内侧存在着明显的呈带状分布的温度锋.当黑潮发生大弯曲时,温度锋也出现 U 字型弯曲.锋宽10～20n mile,强度0.1～0.2℃/n mile,锋长285～442n mile.该锋随黑潮流轴的摆动而产生变异,季节性差异明显.(2)强型大弯曲和弱型大弯曲期间,温度锋的位置明显不同:前者位置偏南、偏西;后者偏北、偏东.(3)温度锋大致位于50～500m 水层内.冬季,温度锋下沉,其余三季上浮.随着深度的增加,锋面有明显的向右(南)倾斜移动现象。     

厄尔尼诺现象与赤道西太平洋,印度洋,黑潮之间海温变化的相互关系分析

文中采用美国ＣＯＤＡＳ和国家气候中心出版的每月海温资料，对按国家气候中心出版的月监测公报所划分的赤道海区Ｃ区（０－１０°Ｓ，１８０－９０°Ｗ），Ｗ区（０－１０°Ｎ，１８０－１４０°Ｅ）和Ｂ区（０－１０°Ｎ，５０－１５０°Ｅ），以及西太平洋黑流区Ａ区（２５－３０°Ｎ，１３０－１４０°Ｅ；３０－３５°Ｎ，１４０－１５０°Ｅ）裼 海温变化作了互相关分析，海区间互相滞后相关系数、交叉凝聚谱计算表明：Ｃ区与     

1986—1988年黑潮的变异

对1986—1988年“向阳红09”号5个航次的黑潮调查及日本资料进行了分析,结果指出,这一期间黑潮又发生一次大弯曲现象。本文讨论了这次大弯曲的形成、强盛、衰消过程,认为东海PN断面的流量变异与黑潮大弯曲有一定联系,还对黑潮流量及流轴摆动均作了最大熵谱分析,获得其主要周期。     

埃尔尼诺事件的判据、分类和特征

利用1950年至1989年美国气候分析中心(CAC)的赤道太平洋海表温度指数,对埃尔尼诺的定义、分类和特征给出了数字判据。制作了埃尔尼诺(El Nino)和反埃尔尼诺(La Nina)的鸟瞰图,发现埃尔尼诺的强度大、频次多、有明显的盛期;反埃尔尼诺的强度弱、频次少、没有明显的盛期(1988—1989年的反埃尔尼诺盛期比较明显)但持续时间长。从增温的起始海域看,在1950—1989年间11次埃尔尼诺过程中(包含1979—1980年的弱埃尔尼诺),有6次首先在赤道东太平洋(NINO1+2区)增温,然后向西扩展到中赤道太平洋。还有5次则首先从赤道中太平洋增温。从增温开始的时间看,有7次是在上半年开始增温,但只有1953年一次发生在圣诞节前后。中东赤道太平洋的海表温度(取NINO1+2+3+4的指标和)与西北太平洋副热带高压的强度有滞后半年左右的正相关。埃尔尼诺年台风发生的频次少,强度大,生成的位置偏南,多发区明显偏东,最大频次月比正常偏晚1—2个月,在我国登陆的台风偏少。     

三次黑潮大弯曲形成机制的分析

通过对HYbrid Coordinate Ocean Model(HYCOM)高分辨率海洋环流模式(1/12°)数值模拟结果的分析发现,该模式对1993—2003年的模拟结果出现了3次显著的黑潮大弯曲现象。研究表明,日本以南这3次黑潮大弯曲路径的形成与2种机制有关:沿30°N西传的海洋Rossby波将太平洋145°E附近海面高度正异常信号传到九州岛东南海域是第二次黑潮大弯曲的主要形成机制;而冲绳海槽北部海水的位势涡度负异常则有利于九州岛东南反气旋再循环流海域海面高度正异常,有助于第一次和第三次黑潮大弯曲路径的形成。     

流核位置和流量变化对东海黑潮锋面弯曲影响的研究

本文运用简化的η坐标POM模式研究了东海黑潮锋面弯曲的产生与成长机制。主要考察了在给定的地形下,流核位置和流量变化对锋面演变的影响。当黑潮流核远离陆架时,因其锋区正好在陡的陆坡之上,斜压不稳定贡献减小,此时不论黑潮的流量强弱,其锋面都不会出现如观测所示的弯曲;当黑潮流核接近陆架时,因其锋区爬上陆架,斜压不稳定加强,小扰动能够充分发展并导致锋面弯曲,它的三维结构和观测的结果基本一致。平均波长约为250km,位相速度约为17km／d。扰动成长的主要机制是斜压不稳定,锋面弯曲的主要能源是平均有效位能。     

基于自组织映射的日本南部黑潮与黑潮延伸体的典型时空模态及其因果关系研究

过去的研究认为,黑潮延伸体的年代际振荡受来自其下游的太平洋年代际振荡（PDO）相关联的信号主导,但最近的观测表明这种调控机制在2017年9月之后不再成立。与此同时,黑潮延伸体的上游即日本南部黑潮正在发生一次大弯曲事件。利用26年（1993–2018年）的卫星高度计提供的海表高度距平数据和自组织映射（SOM）方法,本文研究了日本南部黑潮与黑潮延伸体的时空模态及其因果关系。结果表明,SOM能有效地提取两个海区的典型空间模态,且它们的演变轨迹表明当日本南部黑潮处于大弯曲（离岸型非大弯曲）路径时,黑潮延伸体趋于稳定（不稳定）态。基于SOM识别得到的海表面高度距平（SLA）特征区及特征时间模态,我们进一步利用一种最近发展的定量因果分析方法研究了两个流系之间的因果关系。研究发现,当黑潮大弯曲发生时,日本南部黑潮和黑潮延伸体之间存在双向因果,但因果关键区不同。前者对后者的影响集中在纪伊半岛东南侧及黑潮延伸体“两脊一槽”区域,而后者对前者的影响则集中在黑潮延伸体“两脊一槽”区域及黑潮再循环流区域。这说明黑潮大弯曲的发展对黑潮延伸体的稳定性有重要作用,同时黑潮延伸体通过调制南部再循环流影响日本南部黑潮的路径。不同的是,当离岸型非大弯曲路径发生时,只有从日本南部黑潮向黑潮延伸体的单向因果关系,且因果性主要集中在伊豆海脊及再循环流区域。这与该时期海表高度负异常沿日本南岸不断向位于下游的黑潮延伸体再循环流的传播有关,它使得黑潮延伸体变得不稳定。     

春季东海黑潮锋影响强对流的个例分析

利用卫星观测和再分析资料,研究了2018年4月30日东海黑潮海面温度锋(黑潮锋)影响低云突破边界层发展为对流云团,并导致强降水的过程。结果表明：(1)29日12时东海500 hPa上受短波槽控制,低空处于高低压之间的偏南气流中;黑潮锋大气边界层稳定,有利于低云发展。(2)黑潮锋的暖水侧向大气不断输送热量和水汽,稳定性减弱;而冷水侧对大气的冷却作用显著,大气稳定性增加。(3)经过约12 h的调整,黑潮锋通过垂直混合机制强迫表层风速发生变化,在黑潮锋上空形成风速辐合,叠加背景辐合场,导致辐合明显增强。(4)受平流效应影响,黑潮锋上空大气增湿增温,抬升凝结高度降低。(5)潜热释放与低空辐合之间形成正反馈,最终导致对流云团发展,降水强度显著增强。     

1986—1987年埃尔尼诺期间赤道太平洋的物理海洋学事件

文中,根据“中美热带西太平洋海气相互作用联合研究”第1—4航次考察的资料结合美国NOAA提供的SST资料和Wyrtki博士提供的水位资料,对1986—1987年埃尔尼诺事件的发生、发展和消衰过程中的海洋事件作了综合分析.指出,这次埃尔尼诺是一个中等偏强的事件.SST场和水位场的宏观变化是同步和相似的,并且都与风场特征有关.次表层温度结构的变化是与上层暖水的东向输送相对应.在此期间,热带西太平洋的流系结构和方向发生了异乎寻常的变化.在埃尔尼诺爆发前期,南赤道流较强,暖水在西太平洋堆积;在爆发期内,则在12.5个纬度带内形成东向流,向东输送暖水;在消衰期内,北赤道逆流变弱、而南赤道逆流变强;在埃尔尼诺结束后,海洋转为动力调整,并在约12个纬度范围内变为西向流.在这次埃尔尼诺期间,向东输送的暖水总量为11.4×10¹⁴m³,此量比1976年埃尔尼诺多1/3,而比1982—1983年埃尔尼诺少2/5.     

黑潮延伸体海域海平面年际变化及其与海流的关系

利用黑潮延伸体海域海平面异常(SLA)数据和SODA海流资料,分析海平面和海流的年际变化特征,以及两者之间的关系。分析发现黑潮延伸体SLA的第二模态是黑潮大弯曲模态,存在29个月的准两年显著振荡。该海域海平面具有显著的年际变化,且与ENSO和PDO密切相关,2002-2004年的黑潮大弯曲期间,海平面与Nino3指数的相关系数为0.74。海平面年际变化和海流关系密切,黑潮延伸体主轴两侧海平面具有显著的季节和年际变化,急流呈大弯曲路径(1993-1996、2002-2004)时,流轴稳定流速大,流轴影响深,急流主轴南侧海平面较高,达到年际变化的最大值,主轴两侧海面高度梯度大。非弯曲期间,急流主轴南压,海流强度减弱,此期间海平面低,主轴两侧海面高度梯度较小。黑潮延伸体上游区海平面变化受黑潮大弯曲影响更为显著。上下游区的海平面和比容海平面的年际变化较为相似,黑潮延伸体海域海流和比容效应共同调控该区域海平面变化。     

黑潮弯曲时的北太平洋冬季海温异常对大气低频振荡的影响

利用中科院大气物理研究所开放实验室ＩＡＰ－ＡＧＣＭ（二层大气环流模式），针对黑潮弯曲时的北太平洋冬季表层海温（ＳＳＴ）异常进行八个月的数值积分试验。试验结果表明：黑潮弯曲时北太平洋冬季ＳＳＴ异常对大气低频振荡的影响具有明显的３０－６０ｄ振荡的特征；在北半球的３０－６０ｄ振荡，大部分地区为向西传播，在南半球则为向东传播；其经向传播较为复杂，在１２０°Ｅ剖面上以向南传播为主；热带地区受此ＳＳＴ异常的影响以西太平洋、印度洋大气加热场的３０－６０ｄ振荡为主要标志。     

反厄尔尼诺事件的个例分析

根据“中美热带西太平洋海-气相互作用联合考察”1—8航次考察资料、美国NOAA、日本气象厅及我国国家气象中心气候资料室提供的SST、水位和风场等资料,对1988—1989年反厄尔尼诺事件(La Nina)形成及发展过程和热带西太平洋海洋上层热结构的相互变化作了综合分析。文章指出在La Nina事件期间,热带太平洋的海、气参数均发生了相应的变化。热带西太平洋温跃层及热含量(0—150m)作出的响应,显示出当La Nina增强时,温跃层下降,热含量增加;La Nina盛期时,温跃层最深,热含量最大;La Nina减弱时,温跃层上升,热含量减小。它们与厄尔尼诺事件(El Nino)的关系则恰好相反。     

模式参数的不确定性对日本南部黑潮大弯曲路径预报的影响

基于1.5层浅水方程模式,利用条件非线性最优参数扰动(CNOP-P)方法,研究模式参数的不确定性对黑潮大弯曲路径预报的影响。研究表明,单个模式参数误差如侧向摩擦系数误差、界面摩擦系数误差以及在不同季节具有不同约束的风应力大小误差,对黑潮大弯曲路径预报的影响较小,并且对背景流场的选取具有一定的敏感性;所有模式参数误差同时存在时对黑潮大弯曲路径预报具有一定的影响,并且预报结果在9个月左右不能被接受。因此,要提高黑潮大弯曲路径的预报技巧,模式中的参数需要给出更好的估计。