HYCOM模式对赤道及北太平洋海表温度的模拟

本文使用HYCOM数值模式,根据两种海气通量数据集(COADS、ECMWF)和两种海气通量块体参数化方案(常数块体参数化方案和非常数块体参数化方案)的不同结合,构成4组数值实验,分别模拟了赤道及北太平洋的气候态海表温度.实验结果表明:1)在本文的实验中,非常数块体参数化方案优于常数块体参数化方案;在太平洋40°N-20°S区域内,采用前者得到的年平均海表温度比Pathfinder卫星资料高约0.21 °C,而采用后者得到的年平均海表温度比Pathfinder卫星资料高约0.63 °C.2)HYCOM数值模式很好的模拟了赤道及北太平洋的气候态海表温度变化及西太平洋暖池空间分布的月变化.特别是实验2(采用COADS数据集和非常数块体参数化方案),在太平洋40°N - 20°S区域内,冬春两季平均SST仅比Pathfinder卫星数据集高0.02 °C.3)不同的海气通量数据会对模式结果产生明显的影响.对比采用COADS数据集的实验2结果与采用ECMWF数据集的实验4结果可以发现,在模拟区域的西北部,实验2比实验4的年平均SST高约1 °C;在模拟区域的东南部,实验4比实验2的年平均SST高约1 °C.两者差的最大值出现在58°N、140°E附近及中国渤海,约为4 °C(实验2比实验4的年平均SST高约4 °C).     

北太平洋晚冬海表温度持续异常现象的机制分析

依据再分析的海洋温度、盐度月平均资料和观测的热通量资料,确定了北太平洋中纬度晚冬海表温度(SST)持续异常现象较明显的海域是位于38°-42°N,158°E-172°W的西部海域和位于35°-42°N,172°W-145°W的东部海域.分析结果表明,西部海域,晚冬SST持续异常现象的主要机制是海洋上混合层的"再现机制";而东部海域晚冬SST的持续异常现象主要是海面净热通量的持续异常所致.由于冬季北太平洋西风异常导致的上混合层深度季节的差异在1976年前后的不同,1976年后晚冬混合层深度深,"再现机制"的作用明显,SST持续异常现象更容易出现.     

FIO-ESM气候模式北太平洋海表温度和降水的季节性预报技巧评估

The seasonal prediction of sea surface temperature(SST) and precipitation in the North Pacific based on the hindcast results of The First Institute of Oceanography Earth System Model(FIO-ESM) is assessed in this study.The Ensemble Adjusted Kalman Filter assimilation scheme is used to generate initial conditions, which are shown to be reliable by comparison with the observations. Based on this comparison, we analyze the FIO-ESM 6-month hindcast results starting from each month of 1993–2013. The model exhibits high SST prediction skills over most of the North Pacific for two seasons in advance. Furthermore, it remains skillful at long lead times for midlatitudes. The reliable prediction of SST can transfer fairly well to precipitation prediction via air-sea interactions.The average skill of the North Pacific variability(NPV) index from 1 to 6 months lead is as high as 0.72(0.55) when El Ni?o-Southern Oscillation and NPV are in phase(out of phase) at initial conditions. The prediction skill of the NPV index of FIO-ESM is improved by 11.6%(23.6%) over the Climate Forecast System, Version 2. For seasonal dependence, the skill of FIO-ESM is higher than the skill of persistence prediction in the later period of prediction.     

浪致混合对2016年北太平洋海表温度季节性预测的影响

上层海洋通过海气交换影响大气-海洋耦合系统,海浪引起的垂向混合影响上层海洋结构,从而在气候预测过程中发挥着重要的作用。本文基于国家海洋局第一海洋研究所地球系统模式（FIO-ESM）,以2016年为例,分别开展了耦合和关闭海浪模式情况下的短期气候预测实验,分析浪致混合对北太平洋海表温度（SST）季节性预测的影响。通过对模式预测的SST异常（SSTA）进行定量评估发现,浪致混合能够显著降低北太平洋高纬度海区预测误差,在（45°N,150°E）附近海区SSTA改善可达1℃,气候模式能够更好地预测SSTA的经向分布特征,特别是能够准确地反映25°~45°N海区SSTA分布特征。通过分析有浪和无浪两个实验的热收支贡献发现,垂向混合是导致上层海洋温度差异的主导影响因子。海浪通过改变垂向混合,使2016年北太平洋SST在高纬度海区大幅降低,在低纬度海区略有升高,最终提升了模式对北太平洋SST的季节性预测能力。     

南海海表温度时空分布特征的数值模拟

应用混合坐标HYCOM海洋模式模拟得到南海海表温度17年(1992～2008)的逐月资料,利用经验正交函数分解方法(EOF)得到南海海表温度的时空分布。通过与前人的分析结果进行对比,各个模态的方差贡献率与空间分布型基本一致,说明利用模式模拟可以达到与观测相当的效果。在此基础上,对第二,第三模态的时间系数应用Morlet小波分析,发现均存在半年周期变化,但年周期变化存在明显差别。     

北太平洋海表温度及各贡献因子的变化

采用1958年1月至2007年12月SODA海洋上层温度的月平均资料,基于海温变化方程和统计分析方法,分析了北太平洋海表面温度(SST)异常特征及各局地因子贡献比例的变化。结果表明,伴随着1976/1977风场最强中心位置的南北移动,形成了两个北太平洋SST年际-年代际变化的异常中心:一个是位于30°N附近的副热带海盆内区,SST异常主要受风应力强度的主导;一个是位于40°N附近的副热带和副极地环流交汇区,SST异常主要受风应力旋度的位置即风场位置的影响。在副热带海盆内区,最强降温发生在1978-1982年,SST异常的主要局地贡献因子为海表热通量和经向平流,二者所占比例和约为50%~60%,均为同相增温或降温作用,余项所占比例约为20%~50%。在副热带和副极地环流交汇区,海盆内区和西部边界区的SST异常的跃变时间同为1975年,但是内区的垂直混合项的跃变时间早于西部5年左右。SST异常的主要贡献因子为海表热通量和经向平流,但在1983-1988年海温强降温期间,经向平流项贡献大于海表热通量项的贡献。两个区域的垂直混合项均为降温贡献,虽然量值小却显示出很强的年代际变化信号。平流项中经向平流最大,垂直平流最小。     

ENSO背景下南海海表温度异常的跷跷板模态

基于多种海洋气象数据,对南海海表温度距平在ENSO背景下的年际变化特征进行了分析。发现南海海表温度距平具有明显的东北-西南反向变化的跷跷板模态:在厄尔尼诺年,南海西南部以越南南部沿岸为中心有明显的升温现象,东北部特别是吕宋海峡附近有明显的降温现象,拉尼娜年份相反。分析南海海表面的净热通量收支,发现除北部较浅的沿岸海外,其对海表温度升高起抑制作用。研究显示,南海海表温度异常的跷跷板模态主要与海洋动力结构变化相关。在厄尔尼诺年,南海西南部正的风应力旋度减弱,Ekman抽吸减弱,冷水上涌减少,导致温度升高;而东北部,则可能是由于低温的吕宋贯通流增强导致的温度降低。     

全球气候模式中赤道东太平洋海表温度的季节循环：从CMIP5到CMIP6

The sea surface temperature(SST) seasonal cycle in the eastern equatorial Pacific(EEP) plays an important role in the El Ni?o–Southern Oscillation(ENSO) phenomenon. However, the reasonable simulation of SST seasonal cycle in the EEP is still a challenge for climate models. In this paper, we evaluated the performance of 17 CMIP6 climate models in simulating the seasonal cycle in the EEP and compared them with 43 CMIP5 climate models. In general, only CESM2 and SAM0-UNICON are able to successfully capture the annual mean SST characteristics,and the results showed that CMIP6 models have no fundamental improvement in the model annual mean bias.For the seasonal cycle, 14 out of 17 climate models are able to represent the major characteristics of the observed SST annual evolution. In spring, 12 models capture the 1–2 months leading the eastern equatorial Pacific region 1(EP1; 5°S–5°N, 110°–85°W) against the eastern equatorial Pacific region 2(EP2; 5°S–5°N, 140°–110°W). In autumn,only two models, GISS-E2-G and SAM0-UNICON, correctly show that the EP1 and EP2 SSTs vary in phase. For the CMIP6 MME SST simulation in EP1, both the cold bias along the equator in the warm phase and the warm bias in the cold phase lead to a weaker annual SST cycle in the CGCMs, which is similar to the CMIP5 results. However,both the seasonal cold bias and warm bias are considerably decreased for CMIP6, which leads the annual SST cycle to more closely reflect the observation. For the CMIP6 MME SST simulation in EP2, the amplitude is similar to the observed value due to the quasi-constant cold bias throughout the year, although the cold bias is clearly improved after August compared with CMIP5 models. Overall, although SAM0-UNICON successfully captured the seasonal cycle characteristics in the EEP and the improvement from CMIP5 to CMIP6 in simulating EEP SST is clear, the fundamental climate models simulated biases still exist.     

印度洋-太平洋海表温度年际变化的联合模态

利用1870～2004年的HadiSST的月平均海表面温度(SST)资料,对去除了全球增暖趋势的印度洋-太平洋海表温度异常(SSTA)作季节经验正交函数(Season-reliant Empirical Orthogonal Function, S-EOF)分解,得到了印度洋-太平洋海表温度年际变化的2个联合模态,并且分析了与之相对应的大气环流特征.结果表明:低频的厄尔尼诺/南方涛动(ENSO)是控制印度洋-太平洋的主导模态,能使赤道印度洋维持一异常反气旋性环流,削弱印度洋夏季风的作用并且将东印度洋暖池的暖水输送到西印度洋,印度洋SSTA在一年四季中都出现全海盆同号变化,因此,第一主模态是ENSO的低频模与印度洋海盆一致模的联合模态;第二模态表现为太平洋上准2 a的ENSO位相转换模与印度洋偶极子模的联合模态,ENSO的位相转换发生于春季,与季风的异常转换有关,印度洋上出现异常的气旋性环流,叠加在印度洋夏季风上,增大东西印度洋的温差,在秋季出现西低东高的偶极子型海温分布,印度洋夏季风和这个模态的产生发展有很大的联系.     

Validation of Daily Amplitude of Sea Surface Temperature Evaluated with a Parametric Model Using Satellite Data

The authors have verified a regression model for the evaluation of the daily amplitude of sea surface temperature (ΔSST) proposed by Kawai and Kawamura (2002). The authors investigated the accuracy of satellite data used for the evaluation and showed that ΔSST error caused by satellite data error is less than ±0.7 K. The evaluated ΔSSTs were compared with in situ values. Its root-mean-square error is about 0.3 K or less, except for a coastal region, and it has a bias of more than +0.1 K in the tropics. This bias can be removed by considering latent heat flux. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

海面表层水温与表皮水温的相关研究

海洋水温是海洋研究的重要参数之一.本文介绍了"表皮温度"和"表层温度"的不同概念,分析了表皮和表层温度不同的产生机理,初步建立了两个温度之间的关系式,分析了回归方程产生的误差.     

太平洋北赤道流表层流速及分叉点位置

确定太平洋北赤道流表层流速及分叉点位置的变化是海洋环境研究中的1个重要问题。使用1987～1998年的WOCE浮标资料,通过估算得到了季节平均和年平均意义下北赤道流表层流速(1989～1998)。计算结果显示:北赤道流表层流的流速冬季最大,夏季最小,春秋两季相仿。在厄尔尼诺发生年的第2年,夏季平均流速往往较大。对浮标轨迹的逐年分析表明表层北赤道流分叉点的位置在11°N～14 .7°N之间,从轨迹较为密集的4年的分析可以看出,表层流分叉点的位置具有年际变化,其中,2个ElNino年分叉点偏北。     

热带气旋各个要素对于海表面降温的影响

热带气旋的经过会引起海洋内部强烈的剪切,由剪切不稳定触发的强混合可以将温跃层的冷水卷挟上来,导致海洋混合层加深和海表面温度的下降。本文利用3-Dimensional Price Weller and Pinkel(3DPWP)模式模拟了不同热带气旋下的海表面降温,分别研究了热带气旋各个要素(气旋的强度,最大风速半径和移动速度)对于海表面降温的影响。模拟结果表明,海表面降温的空间分布主要受到气旋移动速度的影响,移动速度越快的降温,右偏现象越明显。海表面降温的幅度以及降温的区域随着气旋强度和最大风速半径的增大而单调递增,随移动速度增加而单调递减。海表面降温与热带气旋3个要素的拟合结果表明,气旋各个要素对于海表面降温影响作用的大小不同:在气旋移动速度较慢(小于4.5m/s)时,海表面降温主要受到气旋级别和移动速度的影响,在气旋移动速度较快(大于4.5m/s)时,气旋移动速度的影响作用减弱,海表面降温主要受气旋级别的影响。气旋最大风速半径的影响作用始终较小。     

2017 年中国近海海温和气温气候特征分析

2017 年,全球平均海表温度较常年值偏高0.29~0.43 ℃,是自1960 年以来第三热的年份,仅次于2015 和2016 年,同时是没有厄尔尼诺事件影响的全球海洋最热年。1960-2017 年,中国近海年平均海表温度呈显著波动上升趋势,每十年升高0.16 ℃。2017 年中国近海年平均海表温度较常年值偏高0.64 ℃,是自1960 年以来的中国近海第二最热年份,仅次于1998 年。基于国家海洋局沿海海洋观测台站资料分析,1960-2017 年,中国沿海年平均海表温度以每十年0.15 ℃的速率上升（高于全球平均海表温度的升温速率每十年0.11 ℃）。2017 年中国沿海海表温度较常年值偏高0.8 ℃,是1960 年有记录以来的最高值,比2015 年所创的最高纪录高0.2 ℃。1965-2017 年,中国沿海年平均气温以每十年0.30 ℃的速率上升。2017年中国沿海气温较常年值偏高1.1 ℃,也是1965 年有记录以来的最高值,比2016 年高0.2 ℃。     

渤海、黄海、东海冬季环流的数值模拟

在POM的基础上,建立一个σ坐标系下三维斜压预报模式,利用经过资料同化处理的周平均卫星遥感海面温度资料,考虑海底地形、外海出入流、海面风应力等因素的影响,较好的模拟了冬季渤、黄、东海环流的情况。     

1870-2011年全球海域SST变化趋势

利用来自英国气象局哈德莱中心(Met Office Hadley Centre)的海表面温度(Sea Surface Temperature, SST)资料, 对全球海域近140余年来SST的长期变化进行分析。研究发现:(1)1870—2011年期间, 全球大部分海域的SST表现出显著的逐年线性递增趋势, 在两极大部分海域、格陵兰南部海域呈显著的递减趋势, 仅在部分小范围海域及一些零星海域的SST无显著变化。近海的递增趋势强于大洋, 大洋西岸的递增趋势强于大洋东岸。(2)近140余年来, 整体上全球的SST以0.0038℃/a的速度显著增加, 其中1870—1910年表现出较为显著的递减趋势, 1910年至今表现出较强的递增趋势。(3)1870—1910年期间, 全球大范围海域的SST无显著变化; 呈显著递减的海域主要分布于东海、阿拉斯加半岛南部海域、北大西洋30°N附近海域、冰岛南部海域、南印度洋西风带海域、新西兰附近海域; 呈显著递增的区域较为分散。1910—2011年期间, 全球大范围海域的SST逐年显著递增, 在两极大部分海域呈显著的递减趋势。(4)1870—1960年期间, 两极的SST走势较为平缓; 1960—2011年期间, 南极尤其是威德尔海的SST表现出显著的递减趋势, 其中逐8月的递减趋势尤为强劲; 北极逐2月、逐5月的SST呈显著性递减, 逐8月呈显著性递增且趋势较为强劲, 达到0.0402℃/a, 逐11月的SST无显著变化。     

Improved Scheme for Determining the Thermal Centroid of the Oceanic Warm Pool Using Sea Surface Temperature Data

During the past two decades, concern about the western Pacific Warm Pool (WP) has been growing following the recognition of its significant role in global climate change and its close association with El Nino-Southern Oscillation phenomena. A fundamental issue in WP related studies is to locate its centroid and track its trajectory. The method used by some previous researchers for estimating the WP position seems to oversimplify the problem to a purely geometric one. This, however, is found to be systematically biased in both zonal and meridional directions. A new scheme for determining the WP centroid, which takes into account the thermal structure of the surface water, is proposed, resulting in a significant improvement in precise tracking of the WP trajectory compared to previous results.