南海海表风速、波高的变化趋势

文章以ERA-40资料为基础,利用EOF方法分析南海海面风速、波高的两个模态空间分布,系统计算1957—2002年南海海表风速、波高的空间分布特征、长期变化趋势和突变现象。分析结果显示,南海海面风、浪场的第一模态具有很好的相似性,第二模态已表现出不同的特征;第一模态的时间系数也表明风场和波高的变化特征具有明显的正相关性,而且波高的响应具有一定的滞后性;南海风速场和海浪场在1973—2002年都存在下降趋势,海浪场的下降趋势更为显著。     

南海波浪时空变化特征研究

利用SWAN波浪数值模式和ECMWF的ERA-Interim风场数据建立模型,对中国南海地区1981-2012的波浪进行了计算。利用浮标实测波浪资料进行对比验证后发现,波浪的计算结果良好。利用计算的结果进行分析,得到如下的结论:1.有效波高距平场的EOF分解结果显示,第一模态解释了波浪变化的最主要形态,具有明显的季节性特征;第二模态反映了季风的季节转换对有效波高的影响;第三模态代表的可能是地形的某种变化对有效波高变化的影响。2.整个南海地区主体的常浪向为NE,强浪向以NE和N为主,这主要是由于风速大且持续时间长的冬季风造成的。3.南海冬季有效波高最大,主要是受冬季风影响;夏季西南季风对南海南部的影响大于北部。4.100年一遇重现期有效波高整体北大南小,北部接近17m,南部为9m左右。     

基于TOPEX/Poseidon资料的南海海面高度场的时空特征分析

采用经验正交函数(EOF)分解方法，对TOPEX／Poseidon卫星高度计在南海获得的1992年10月到1999年9月约7a的海面高度观测资料进行分析，从而获得南海海面高度距平场典型的空间分布型态及其对应的时间变化特征。结果表明，南海海面高度距平场在空间上主要表现为两种典型的分布结构：(1)由于冬、夏季风反转造成海盆尺度的涡旋结构，这种分布结构对南海海面高度距平场的方差贡献达27．46％；(2)NE—SW即吕宋—越南反相双涡结构，其方差贡献达20．37％。这两个模态都明显反映了季风的反转以及季风结构所造成的影响。同时，对各空间典型场所对应的时间系数序列进行了傅立叶谱分析，结果表明南海海面高度距平场存在多种时间尺度的变化。     

基于EOF分析中西太平洋金枪鱼围网渔场的海洋环境

根据近10 a ECMWF的数值预报资料,主要分析了中西太平洋金枪鱼围网渔场四季和全年的海表温度、海面风场、有效波高的空间分布,利用经验正交方法(Empirical Orthogonal Function, EOF)和经验模态分解(Empirical Mode Decomposition, EMD)分析了空间和时间变化特性。研究表明:海表温度、海面风场、有效波高的四季及全年时空分布有着显著的变化;海表温度的第一、第二、第三模态方差贡献率分别为62.59%、10.98%和6.7%,具有0.5 a、1 a和3 a的周期变化;海面风场的第一、第二、第三模态方差贡献率分别为40.29%、18.39%和9.36%,具有0.2~0.25 a、0.5 a和1 a的周期变化;有效波高的第一、第二、第三模态方差贡献率分别为44.17%、17.35%和10.96%,具有0.2~0.3 a、0.5~1 a和1 a的周期变化。     

1993—2006年北太平洋海平面变化特征及影响因素

利用1993—2006年间卫星高度计资料分析北太平洋海平面的变化特征,结合同期上层海洋温度、盐度数据以及风应力资料分析比容海平面和风对海平面变化的影响。结果显示:1993—2006年北太平洋上升海域主要位于洋盆西侧中低纬度海域,高纬度海域及大洋东侧的中低纬度海域海平面呈下降趋势;同期比容海平面线性速率的空间分布与海平面相似。整个北太平洋海平面高度平均线性上升速率为2.9 mm/a,比容海平面平均线性上升速率为1.4 mm/a。比容变化对海平面上升趋势的贡献为47.5%。北太平洋海平面的季节变化占绝对优势,主要为1和0.5 a周期,对海平面距平做EOF,其第一和第三模态为季节模态。海平面季节变化的影响因素中,比容变化与海平面有相同的季节变化周期,比容海平面距平EOF的第一和第三模态为季节模态,分别与海平面的第一和第三模态空间分布相似,时间系数相关性好,比容变化在海平面季节特征中起到最主要作用。另一个因素风场主要通过Ekman抽吸和Rossby波的西传影响海平面的分布,其季节特征对海平面的季节特征有影响。北太平洋海平面也具有28个月的年际变化周期,海平面距平EOF第二和第四模态表现出年际变化特征。比容变化也具有28个月的显著周期,其距平场的第二和第四模态为年际变化模态,其中第二模态与海平面第二模态空间分布相似,时间系数相关性很好,海平面年际变化中比容起到重要影响。     

南海近海面风场变化特征及其与ENSO的相关性研究

利用1979—2017年共39 a欧洲中期天气预报中心(ECMWF)海表面10 m风场资料,采用经验正交函数方法(EOF)、小波时频特征分析等方法分析了南海近海面风场变化特征及其对ENSO的响应。结果表明:南海近海面风场第一模态海表面平均风速呈减小趋势,呈现年代际变化,且与ENSO相关,但相关性在1990年后趋于减小;第二模态中南海北部和南部平均风速呈减小趋势,中部增大;第三模态中南海中部海表面平均风速趋于减小,北部和南部增大,第二和第三模态均表现为年际变化,且均与ENSO显著相关,近年来ENSO与第三模态的相关性逐渐增强。春季南海表面平均风速从南到北逐渐增加;夏季在越南沿岸部分海域仍有一个风速极大值中心,从该海域向四周逐渐减小,整片海域风向均是西南风;秋季由南向北依次增加;冬季南海整片海域风速都较大,越南沿岸和我国东沙群岛海域存在两个极大值中心。     

南海QuikSCAT海面风场变化特征分析

基于QuikSCAT海面风场产品,对海面风场资料进行了EOF分析和随机动态分析,以此分析南海海面风场的变化特征。研究发现:海面原始风场风速季节变化最为明显,其变化占总变化方差的59.1%,黑潮的季节变化通过海气相互作用对南海局地风场有较明显的影响;原始风场第三模态及异常风场第二模态时间变化函数与SOI和PDO弱相关,且异常风场第二模态时间变化函数谱分析结果主要呈现5年的周期变化,南海海面风场变化与年际振荡有关;南海大部分海区风速呈现增长的趋势,但增长速率较小;风速增大最快的区域是台湾海峡以南海域和北部湾,增长速度达到0.05 ms-1a-1。     

吕宋冷涡的季节变化特征及其与风应力的关系

利用AVISO提供的1993年1月至2007年5月的多卫星融合海面高度距平（SLA）数据,对研究区域（15°～20°N,113°～121°E）SLA的季节变化特征进行了分析．其结果表明：吕宋冷涡发生在冬、春季,且该冷涡的发生、发展与局地风应力具有较好的相关性;当SLA变化滞后于风应力1个月时,SLA与风应力的负相关系数达-0．78;且当出现西南风时,SLA为正值;而在东北季风期间,S／A为负值．对幽进行主成分分析得到的前2个模态反映了黝的季节变化特性,其中第一模态的贡献率为54．14％,表现为以18．5°N,119．5°E附近为中心的SLA同步涨落,对风应力的响应迟滞1个月,而且此模态与风应力模第一模态的空间分布十分相似;第二模态的贡献率则为14．54％,表现为季风作用下海面高度的Ekman调整．     

热带太平洋要素场与ENSO的非线性相关特征分析

为进一步揭示热带太平洋海气系统要素场之间的非线性相关特征,基于Hadley提供的海温场资料和美国国家环境预报中心(NCEP)和美国国家大气研究中心(NCAR)提供的海面风场和海面气压场资料,采用经验正交(EOF)分解和非线性典型相关分析法(NLCCA),分析了海温、海面风场和海面气压场三要素场之间的非线性相关性。结果表明,西太平洋暖池的异常暖状态和热带太平洋的西风异常与ENSO的非线性之间存在着密切关联。进一步引入奇异值分解方法(SVD),将其与NLCCA方法相结合,分析了热带太平洋海温场与海面风场、海面气压场耦合变化的关键影响区及其异性相关的分布特征。分析表明,热带太平洋西风异常和西太副高与ENSO循环之间存在较好的相关性。具体表现在:海温在中东太平洋地区出现异常增暖时,有助于加强东南亚地区的对流发展,促使东南亚地区季风的提前爆发;而东北太平洋副热带高压强度变化对北太平洋中部Nam ias海区海温距平的东西向振荡具有重要作用。研究为ENSO循环的非线性特性提供了有力的证明,也为ENSO的预测研究奠定了相关基础。     

基于GHSOM网络的南海风场时空变化特征分析

基于1979—2018年欧洲中期天气预报中心(ECMWF)近海面10 m风场资料,采用增长型分层自组织映射(GHSOM)神经网络方法,对南海海表面风场(SSW)的季节变化和年际异常变化进行了分析,结果表明：(1)GHSOM网络训练原始风场数据第一层结果揭示了4个特征模态,高度概括了南海近海面风场的季节变化特征;第二层结果提取了风场的月变化特征。(2)GHSOM网络训练异常风场数据第一层结果揭示了4类异常风场特征模态：反气旋式异常、气旋式异常、西南风异常和东北风异常模态。其中反气旋式异常和气旋式异常模态呈现出不对称现象,即反气旋式异常风场的振幅大于气旋式异常风场;且这两个模态与ENSO事件密切相关,它们的时间序列与Niño 3.4指数序列存在显著的延迟相关。同时,东北风异常风场模态的发生频率大于西南风异常模态。向下扩展的第二层结果揭露了异常风场模态更多的细节特征。     

中国近海海面风场的时空特征分析

本文利用1987年9月—2013年9月连续26 a的多源卫星融合数据,用经验正交函数方法(EOF)分析中国近海海面风场变化特征。分析结果指出中国近海海面风场的第一模态占总方差贡献的63.94%,呈现为冬-夏季风振荡类型,揭示了中国近海风场的季节变化特征;第二模态占总方差贡献的12.35%,呈现为春-秋振荡类型,反映了冬季风和夏季风过渡时期的变化特征;第三模态占总方差贡献的3.49%,呈现出近似半年周期的波动,体现了中国近海风场季节内变化的特征。     

夏季巴拉望岛西北部海域净热通量的时空变化特征和形成机理初析

利用OAFLUX气候态月平均热通量资料及TMI云量、降雨、SST和QuikScat风场资料,对南海、特别是巴拉望岛西北海域净热通量的时空特征进行了深入分析.研究发现,夏季在巴拉望岛西北海域存在一局域净热通量极小值区,在7月份该海域海洋甚至呈现失热达20 W/m2情况.分析认为该局地净热通量异常可能与南海暖水的发生、发展有关,即由于西南季风爆发,巴拉望岛西北海域对流加强,一方面,蒸发增大使得潜热增大、云量增多,导致入射太阳短波辐射的减少;另一方面,降水的增大使得该海域出现障碍层现象,障碍层导致的局地海温正反馈进一步增强了局地对流,从而加剧海洋失热过程,促成了巴拉望岛西北海域净热通量局地异常的出现.进一步的经验正交模态（EOF）分析表明,在季节变化尺度上,南海净热通量的第一模态（89.1%）呈同位相变化,反映了南海受冬、夏季风的交替驱动特征;其中南海北部（海南岛至台湾海峡南段的带状海域）为振幅最大区,这与该海域存在年平均最大风速有关;第二模态（10.0%）以吕宋岛至雷州半岛一线为界,南北两侧反相,并具有显著的局域特征;不仅反映了黑潮入侵与南海环流的季节变化,而且还发现巴拉望岛西北海域存在一局地极值域,对应夏季净热通量异常区.     

基于多源融合卫星高度计观测数据的南海海浪有效波高的季节变化研究

The seasonal variability of the significant wave height(SWH) in the South China Sea(SCS) is investigated using the most up-to-date gridded daily altimeter data for the period of September 2009 to August 2015. The results indicate that the SWH shows a uniform seasonal variation in the whole SCS, with its maxima occurring in December/January and minima in May. Throughout the year, the SWH in the SCS is the largest around Luzon Strait(LS) and then gradually decreases southward across the basin. The surface wind speed has a similar seasonal variation, but with different spatial distributions in most months of the year. Further analysis indicates that the observed SWH variations are dominated by swell. The wind sea height, however, is much smaller. It is the the largest in two regions southwest of Taiwan Island and southeast of Vietnam Coast during the northeasterly monsoon, while the largest in the central/southern SCS during the southwesterly monsoon. The extreme wave condition also experiences a significant seasonal variation. In most regions of the northern and central SCS, the maxima of the 99 th percentile SWH that are larger than the SWH theoretically calculated with the wind speed for the fully developed seas mainly appear in August–November, closely related to strong tropical cyclone activities.Compared with previous studies, it is also implied that the wave climate in the Pacific Ocean plays an important role in the wave climate variations in the SCS.     

台湾海峡西部冬季余流的时空变化

A new data set of observations by six cruises of ship-mounted acoustic doppler current profiler(SADCP) and three 40 d long bottom-mounted ADCPs(BADCPs) is employed to reveal the spatiotemporal variability of tidal and subtidal currents in the western Taiwan Strait(TWS) during winter season. The results confirm the existence of intense cotidal lines for M_2 tidal current, which is located north of 25°N. In this case, no existence of an amphidromic point can be identified. It is also revealed that the counter-wind current(CWC) can extend through the whole western TWS and even occupy the entire water column during winter monsoon relaxation. However,this CWC is observed to be thoroughly overwhelmed by the downwind China coastal current(CCC) during the two big monsoon bloom events in the winter of 2007, and the CCC consequently extends southward throughout the western TWS instead. Most importantly, the variation of the spatial extent for the CWC and the CCC in the western TWS is found to be well explained by the first two modes of the vector empirical orthogonal function(VEOF) analysis, that is, it is mainly controlled by a wind-driven quasi barotropic current as the first mode and slightly modulated by a relatively weak background current with a first-order baroclinic structure as the second mode.     

孟加拉湾一次热带气旋过程的海浪场模拟分析

基于第3代海浪模式WW3(WAVEWATCH-III),以具有高精度和较高分辨率的CCMP(Cross-Calibrated, Multi-Platform)风场为驱动场,对2011年12月发生在孟加拉湾的热带气旋“Thane”所致的大浪进行数值模拟。结果表明:(1)以CCMP风场驱动WW3海浪模式,可以较好地模拟热带气旋“Thane”在孟加拉湾造成的大浪,模拟的海浪数据具有较高精度。当有效波高(SWH)在2 m以内和大于5 m时,模拟值略小于观测值;当SWH在2~5 m之间时,模拟值略大于观测值。(2)热带气旋“Thane”所形成的大风和大浪的分布特征具有一定差异:大风区在气旋四周分布较为均匀;在大洋中部时,大浪区主要分布于右半圆,在近海时,大浪区主要分布于气旋行进方向的前方。(3)热带气旋“Thane”的风向和波向整体上保持了较好的一致性,仅在第2象限有一定的差异,该区域的风向主要为西北向,而波向则主要为偏北向。     

南海混合层年循环特征

通过分析Levitus1994版气候平均温盐资料，得到南海混合层的时空分布特征，剖析了混合层浓度及其内部温度的季节变化规律。资料分析表明：季风通风流场调整对南海混合层的时空分布着明显的影响。这种影响的复杂性在于它不但通过海洋表层Ekman效应来影响混合层深度，而且还通过大尺度环流造成的幅散或辐合来限制或促进混合层深度的发展。研究发现混合层深度与混合层内温度存在着如下关系：夏季最大混合层的形成是28℃等温线与混合层底达到相互贴合的过程；冬季最大混合层的形成是28℃水体完全消失并且等温度线与混合层达到相交最多、相交最为垂直的过程，这时对应着冬季南海北部温跃层的通风；大于或等于28℃的水体总是位于混合层以内。     

The influence of 30~60 d oscillation on the development of the South China Sea summer monsoon

Using the National Center for Enviromental Prediction/National Center for Atmospheric Research (NCEP/NCAR) reanalysis data and NOAA satellite-obser ved outgoing long-wave radiation (OLR) data, the development of the South China Sea (SCS) summer monsoon and intraseasonal (30-60 d) oscillation (ISO) have been examined. The results show that there exists obvious interannual variability of intraseasonal oscillaiton. Using the 16 a time series of filtered OLR averaged over the SCS, an index is defined to define ““onset events““ over the SCS on the ISO time scales. Of the 16 a examined here, 10 shows a strong ISO signal in the onset of monsoon convection over the SCS. In these cases, the ISO initially suppresses the seasonal development of southwesterly and cyclonic circulation over the SCS before the ISO onset. As the ISO propagates northeastward, the low frequency cyclonic circulation anomaly occurs in the SCS and the low frequency southwesterly wind and convection over here dramatically intensify. The northeast progression of the ISO anomaleis plays a role in the initial suppression and then acceleration of the seasonal cycle of the SCS summer monsoon.     

南海混合层深度的季节变化及年际变化特征

通过分析新的SODA(Simple Ocean Data Assimilation)资料,得到南海混合层时空场的分布特征,剖析了南海混合层深度的季节及年际变化特征。资料分析表明:南海混合层存在着显著的季节和年际变化,且两者的均方差分布存在一定的差异。在季节变化中,冬季混合层在南海北部及西北陆架区深,在南海南部及吕宋冷涡处浅;夏季混合层在南海西北部浅,东南深。南海这种混合层深度分布特征除了与热通量的季节变化有关外,在相当大的程度上与季风引起的Ekman输送及Ekman抽吸有关。混合层深度距平场EOF(Empirical Othorgnal Function)第一模和第二模时间变化的主信号均为周期的年际变化信号,其中第一模态约为3 a,第二模态则有1.8,2.4和4.3 a的3个显著周期。EOF第一模显示混合层深度在南海东南部年际变化幅度最大,且滞后Nino3指数7个月时相关性最好(相关系数为0.422 3);EOF第二模显示在南海南部和北部混合层深度呈反位相变化。     

南海深水海盆环流和温跃层深度的季节变化

受南海季风和复杂地形的影响,南海环流场具有复杂的空间结构和明显的季节变化,同时此海域又是中尺度涡多发海域,这些特征必然对南海温跃层深度的水平分布及季节变化有显著影响。首先,基于GDEM(General-ized Digital Environmental Model)的温、盐资料和利用P矢量方法计算并分析了南海的表层环流和多涡结构的空间分布特征和季节变化规律。在此基础上,分析了南海温跃层深度的空间分布特征和季节变化规律。结果表明,南海环流和多涡结构对南海温跃层具有显著的影响。     

南海季风型海-气耦合模态的时空特征及其与中国夏季降水的关系

使用NCEP/NCAR的海表温度(SST)、海面10 m风场的月平均再分析资料,用联合SVD(CSVD)的方法研究了不同季节南海的海气耦合模的时空分布特征及其与中国夏季降水的关系。通过对不同季节的海-气耦合模的年际变化特征的分析。结果发现:第一模态为最显著模态,模态协方差贡献比在四季均超过80%,空间上SST表现为与南海等深线相一致的海盆模态,风场上主要表现为弱的冬季风或弱的夏季风,各个季节的海-气耦合模态都主要反映了SST-蒸发-风反馈这样1种正反馈的海-气相互作用过程,而且冬季风期间这种相互作用要更强烈些。时间系数均主要表现为一致的上升趋势和1976年前后的年代际突变,以及与ENSO相关的年际变化特征。冬、夏季弱的季风对应暖SST的特征体现了这种耦合模态隔季相关的特征,都对应夏季华南旱(涝)、江南涝(旱),华北、山东半岛旱(涝),东北涝(旱)这样1种波列状的旱涝相间分布。