浪致混合对亚热带冬季海洋混合强度的影响

上层海洋在全球气候系统中起着至关重要的作用。对上层海洋层结及混合的模拟偏差一直是海洋和气候数值模式发展中悬而未决的问题。本文首先评估了CMIP5中45个模式对上层海洋层结模拟的偏差,确认了冬季亚热带地区海洋模式垂向混合偏强。随后,基于自然资源部第一海洋研究所地球系统模式(FIO-ESM v1.0),分别开展了1986-2005年期间包含和关闭海浪垂向混合情况下的数值实验,分析浪致混合对亚热带冬季海洋混合强度模拟的影响及机制。发现浪致混合使得气候模式中亚热带海域冬季的海洋层结增强,增强的层结使上层海洋更加稳定。首次揭示了增加浪致混合反而降低了海洋总体的垂向混合率:浪致混合使北半球冬季亚热带海域混合率从无浪实验的227 cm²/s降低到有浪实验的178 cm²/s,降低了21.6%;南半球冬季亚热带海域混合率从无浪实验的189 cm²/s降低到有浪实验的165 cm²/s,降低了12.7%。进一步分析发现,浪致混合主要是通过增加冬季亚热带海域上层海洋的热含量从而强化了海洋的层结,最终改善了气候模式对上层...     

基于捕捞努力量的中西太平洋鲣鱼围网渔业入渔预测分析

中西太平洋是全球主要的鲣鱼（Katsuwonus pelamis）围网作业渔场,渔场极易受到海洋环境的影响,但渔场分布在众多岛国的管辖海域,如何科学指导企业准确入渔是重要的研究课题。本文根据1995-2012年中西太平洋鲣鱼围网捕捞生产统计数据,选取产量最高的22个海区（5°×5°）,结合Niño3.4区海表温度距平值（SSTA）和作业海域表温（SST）,研究中西太平洋鲣鱼围网渔场的空间分布规律,同时,以各海区捕捞努力量（作业次数）所占的百分比为入渔指标,建立基于环境因子的入渔决策模型。研究认为,中西太平洋鲣鱼捕捞努力量在纬度方向上主要分布于5°S~5°N,其累计捕捞努力量占所有作业海区的87.4%,其中以130°~140°E经度范围为最高,其捕捞努力量占22个海区的45.08%。入渔指标与Niño3.4区的SSTA、作业海域SST均符合正态模型（P<0.01）,Niño3.4区的SSTA最适值为0.25℃,作业海域SST最适值在29.5℃左右。对预测和实际排名前十的海域进行统计发现,预测值与实际值基本一致。研究认为,所建立的入渔预测模型可有效指导企业的渔业生产,为提高企业生产效率提供支撑。     

海洋混合层深度时空分布及其与风、浪参数的相关性分析

本文应用一个经验证的全球尺度FVCOM海浪模型,模拟了2012年全球海洋海浪场的分布和演变,分析了海表面风场、海浪场与混合层深度的全球尺度分布及相关性。综合观测资料和模型结果显示,海表面10 m风速、有效波高与混合层深度的全球尺度分布随季节发生显著的变化,并且其分布态势存在明显的相似性。从相关系数的全球分布来看,海表面10 m风速在印度洋低纬度海区（纬度0°~20°）与混合层深度间有较强的相关性,相关系数大于0.5;有效波高与混合层深度间相关系数大于0.5的网格分布在北半球高纬度海区和印度洋北部。谱峰周期与混合层深度间在部分海区存在负相关关系,这些网格主要分布在低纬度海区（纬度0°~30°）。统计结果显示,有效波高、海表面10 m风速和谱峰周期与混合层深度间的平均相关系数分别为0.31、0.25和0.12。综合以上结果表明,有效波高较谱峰周期能更有效地表征波浪能对海洋上层混合的影响;相比于海表面风速,有效波高与混合层深度间存在更强的相关关系,其变化对海洋上层混合有更显著的影响。     

基于CESM1.2.2模拟的浪致混合对末次冰盛期和工业革命前气候的影响

海洋上层垂向混合在模式中发挥重要的作用,以往的研究表明垂向混合的不足使得模拟的海洋温度和混合层深度与观测存在显著偏差。前人提出一种修正方案,考虑波浪产生的垂向混合,将由表面风作用下产生的波浪这样一个实际物理过程的湍混合进行参数化,其结果被证实能够显著提高模式模拟和预报的准确性。本文首次将浪致混合引入海气耦合的古气候模式,基于末次冰盛期和工业革命前2种不同的气候条件,探究浪致混合在海气耦合模式中的作用。在不同气候背景下,由于风场强度的不同,导致末次冰盛期浪致混合的强度小于工业革命前,但2个气候时期都体现出中纬度混合强度最大的特点。将浪致混合加入到气候模式中,模拟结果表明：中纬度海域2个时期都出现海表面降温而次表层升温的现象,但末次冰盛期的表面降温强度弱于工业革命前状态;不同月份下的模拟结果显示,在南北半球的夏季,海洋表层温度的降温最为显著。中纬度海域海洋上混合层深度在年平均条件下2个气候背景时期都出现加深现象,但末次冰盛期的加深程度弱于工业革命前;不同月份下的模拟结果显示,在南北半球的冬季,混合层加深的变化达到极值。另一方面,在高纬度海域,末次冰盛期的海表面温度出现了显著升高,这是由于浪...     

南海及邻近海域大气-海浪-海洋耦合精细化数值预报系统研制

本文主要介绍了南海及邻近海域大气-海浪-海洋耦合精细化数值预报系统的研制概况。预报区域为99°E~135°E,15°S~45°N,包括渤海、黄海、东海和南海及其周边海域。为了给耦合预报模式提供较准确的预报初始场,在预报开始之前,分别进行了海浪模式和海洋模式的前24小时同化后报模拟。海浪模式和海洋模式都采用了集合调整Kalman滤波同化方法,海浪模式同化了Jason-2有效波高数据;海洋模式同化了SST数据、MADT数据和ARGO剖面数据。为了改进海洋温度和盐度的模拟,我们在海洋模式的垂向混合方案中引入波致混合和内波致混合的作用。预报系统的运行主要包括两个阶段,首先海浪模式和海洋模式进行了2014年1月至2015年10月底的同化后报模拟,强迫场源自欧洲气象中心的六小时的再分析数据产品。然后耦合预报系统将同化后报模拟的结果作为初始场进行了14个月的耦合预报。预报产品包括大气产品（气温、风速风向、气压等）、海浪产品（有效波高和波向等）、海流产品（温度、盐度和海流等）。一系列观测资料的检验比较表明该大气-海浪-海洋耦合精细化数值预报系统的预报结果较为可靠,可以为南海及周边海洋资源开发和安全保障提供数据和信息产品服务。     

冬季北太平洋西部上层海洋的热量输送

用海气界面净热量收支和1950－1979年表层水温资料，计算了冬季北太平洋西部上层海洋热通量散度场，指出冬季北太平洋西部黑潮将大量低纬暖水输送到中高纬度海域，在30－35°N最大；亲潮将极地冷水沿千岛群岛向南输送，在45－50°N最大；两者在40°N附近相遇，混合减弱后沿纬向东传。同时用EOF分析方法对热通量散度距平场分型，前3个主要型分别为：黑潮亲潮偶合型、北太平洋海流型和冷平流优势型。最后还揭示了第一主要型与北太平洋副热带高压之间有意义的相关关系。     

北太平洋冬季SST、风场及环流对淡水强迫的响应

通过海气耦合模式CCSM3(The Community Climate System Model version 3),研究在北大西洋高纬度淡水强迫下,北太平洋冬季的海表温度SST、风场及流场的响应及其区域性差异。结果表明:淡水的注入使北太平洋整体变冷,但有部分区域异常增暖;在太平洋东部赤道两侧,SST的变化出现北负南正的偶极子型分布。阿留申低压北移的同时中纬度西风减弱,热带附近东北信风增强。黑潮和南赤道流减弱,北太平洋副热带逆流和北赤道流增强,日本海被南向流控制。风场及流场的改变共同导致了北太平洋SST异常出现复杂的空间差异:北太平洋中高纬度SST的降温主要由大气过程决定,海洋动力过程主要影响黑潮、日本海及副热带逆流区域的SST,太平洋热带地区SST异常由大气与海洋共同主导。     

北太平洋海浪场时空变化特征分析

根据1950—1995年共46a的北太平洋船舶气象报资料,对按5°×5°网格统计的海浪要素进行分析,阐明了北太平洋浪、涌的特点及其变化规律。该区赤道地区常年盛行东北浪,冬季海浪比夏季强盛,相应的平均波高、大浪大涌频率也较大。该海域与北印度洋同属季风气候区,但其特点正好相反。     

西北太平洋浪流相互作用对有效波高的影响研究

西北太平洋强流区会对海浪的特征和分布产生显著的影响,尤其是研究台风过程中海流与海浪的相互作用具有重要的研究意义。本文以ROMS海洋模式和SWAN海浪模式为基础,构建了浪流耦合模式系统,对2013年10月6-17日间的台风“丹娜丝”、“百合”、“韦帕”过程中西北太平洋浪流相互作用中海流对有效波高的影响进行了研究。通过对比模式模拟有效波高与浮标观测资料,发现耦合后的有效波高比非耦合结果更接近观测值,耦合模式中海流的存在对有效波高的分布有明显的影响。研究表明,特别是在有效波高峰值处,海流引起的有效波高增大最大可达1 m。海浪浪向及流向的空间分布以及中国近海浮标处浪向与流向的时间序列表明,流向与浪向反向时,海流的影响造成有效波高增大;二者同向时,有效波高减小。海流对有效波高的调整会沿着海浪传播的方向传播相当一段距离。在西北太平洋的海浪场计算中,引入海流的耦合模式计算结果对改善强流区海浪预报具有重要意义,并且海流的模拟精度对于高精度的海浪预报非常重要。     

赤道太平洋西部的上层环流

讨论了赤道太平洋西部的上层海洋环流、结果表明：（１）棉兰老涡气旋式环流随着深度的增加而减小。由于埃克曼抽吸作用，它是一个低盐冷涡；（２）对棉兰老岛—巴布亚新几内亚岛之间穿越流的观测表明：该断而北部（５°—６°Ｎ）的Ｓ向流是棉兰老海流的Ｓ向延伸；Ｗ向的巴布亚新几内亚沿岸潜流可达该断而的东南部门（２°Ｎ一２°Ｓ）；北赤道逆流则在两者之间沿表层的盐度锋作Ｅ向流动。据此，赤道太平洋西部次表层盐度分布状况可得到圆满解释。关键词：     

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。     

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。     

印度洋海温异常对西北太平洋台风的影响及机制研究

基于近40 a NCEP/NCAR再分析月平均高度场、风场、涡度场、垂直速度场以及NOAA重构的海面温度(sea surface temperature,SST)资料和美国联合台风预警中心(Joint Typhoon Warning Center,JTWC)热带气旋最佳路径资料,利用合成分析方法,研究了前期春季及同期夏季印度洋海面温度同夏季西北太平洋台风活动的关系。结果表明:1)前期春季印度洋海温异常(sea surface temperature anomaly,SSTA)尤其是关键区位于赤道偏北印度洋和西南印度洋地区对西北太平洋台风活动具有显著的影响,春季印度洋海温异常偏暖年,后期夏季,110°～180°E的经向垂直环流表现为异常下沉气流,对应风场的低层低频风辐散、高层辐合的形势,这种环流形势使得低层水汽无法向上输送,对流层中层水汽异常偏少,纬向风垂直切变偏大,从而夏季西北太平洋台风频数偏少、强度偏弱,而异常偏冷年份则正好相反。2)春季印度洋异常暖年,西北太平洋副热带高压加强、西伸;而春季印度洋异常冷年,后期夏季西北太平洋副热带高压减弱、东退,这可能是引起夏季西北太平洋台风变化的另一原因。     

热带太平洋波浪输运与海表面温度异常关系研究

Large-scale water transport is one of the key factors that affect sea surface temperature anomaly(SSTA) in the eastern equatorial Pacific(EEP).The relationship between the wave transport in the tropical Pacific and the SSTA in the EEP is examined by different methods,including band-pass filtering,period analysis,correlation analysis,significant analysis,and empirical orthogonal function(EOF) analysis.We have found that the eastward shift of the wave transport anomaly in the tropical Pacific,with a period of 2 a and enhancing the transport of warm waters from the western Pacific warm pool,precedes the increase of sea surface temperature(SST) in the EEP.The wave transport and the SSTA in the EEP have a maximum correlation of 0.65 with a time-lag of 6 months(transport variation precedes the temperature).The major periods(3.7 a and 2.45 a) of the wave transport variability,as revealed by the EOF analysis,appear to be consistent with the SSTA oscillation cycle in the EEP.Based on the first occurrence of a significant SSTA in the Ni?o 3 region(5°S–5°N,90°–150°W),two types of warm events are defined.The wave transport anomalies in two types present predominantly the west anomaly in the tropical Pacific,it is that the wave transport continues transport warm water from west to east before the onset of the warm event.The impact of wave-induced water transport on the SSTA in the EEP is confirmed by the heat flux of the wave transport.The wave transport exerts significant effect on the SSTA variability in the EEP and thus is not neglectable in the further studies.     

Carbon dioxide partial pressures in North Pacific surface waters. 2. General late summer distribution

Observations of the equilibrium partial pressure of carbon dioxide in the surface waters of the North Pacific Ocean and Bering Sea indicate conditions of local upwelling or vertical mixing near the Aleutian Island passes, seasonal depletion of CO₂ in the sea surface by photosynthesis, and conditions of CO₂ supersaturation in the surface waters off the mouths of large rivers. Horizontal mixing has a large effect on the P_CO2 distribution. The area distribution of carbon dioxide in the surface waters of the Pacific Ocean from 19°N to 55°N latitude and in the Bering Sea is presented.     

A comparison of two global ocean-ice coupled models with different horizontal resolutions

A global eddy-permitting ocean-ice coupled model with a horizontal resolution of 0.25 by 0.25 is established on the basis of Modular Ocean Model version 4 (MOM4) and Sea Ice Simulator (SIS). Simulation results are compared with those of an intermediate resolution ocean-ice coupled model with a horizontal resolution of about 1 by 1 . The results show that the simulated ocean temperature, ocean current and sea ice concentration from the eddy-permitting model are better than those from the intermediate resolution model. However, both the two models have the common problem of ocean general circulation models (OGCMs) that the majority of the simulated summer sea surface temperature (SST) is too warm while the majority of the simulated subsurface summer temperature is too cold. Further numerical experiments show that this problem can be alleviated by incorporating the non-breaking surface wave-induced vertical mixing into the vertical mixing scheme for both eddy-permitting and intermediate resolution models.     

The effect of the wave-induced mixing on the upper ocean temperature in a climate model

The significant underestimation of sea surface temperature （SST） and the temperature in the upper ocean is one of common problems in present climate models. The influence of the wave-induced mixing on SST and the temperature in the upper ocean was examined based on a global climate model. The results from the model coupled with wave-induced mixing showed a significant improvement in the simulation of SST and the temperature in the upper ocean compared with those of the original model without wave effects. Although there has still a cold bias, the new simulation is much closer to the climatology, especially in the northern ocean and tropical ocean. This study indicates that some important physical processes in the accurate simulation of the ocean may be ignored in present climate models, and the wave-induced mixing is one of those factors. Thus, the wave-induced mixing （ or the effect of surface waves） should be incorporated properly into climate models in order to simulate or forecast the ocean, then climate system, more accurately.     

Generating time-series grid data of sea surface temperature from isotherms in the Northwestern Pacific Ocean using coupled interpolation

Sea surface temperature (SST) isoline charts that were manually mapped using in situ SST data and satellite-derived SST data are valuable because they incorporate oceanographers’ knowledge and experience. This type of SST data is useful for studying sea conditions of an area, for analyzing environmental factors that could affect fishing grounds, as a parameter for atmospheric or oceanic models, or as a diagnostic tool for comparison with the SSTs produced by ocean models. However, isoline maps must be digitized and interpolated into grid data in order to be used in these applications. Herein, we propose a coupled interpolation (CI), which couples improved multi-section interpolation and single-point change surface interpolation containing orientation, for generating grid data from SST isolines. We interpolated 1049 SST isoline maps (temperature interval 1°), which cover an area of the northwestern Pacific Ocean (125°E–180°E, 26°N–50°N) and were published by the Japan Fisheries Information Service Center (JAFIC) during 1990–2000, to grid datasets with 15′ grid resolution. We assessed the quality of grid datasets by checking noise points, RMSE analysis, checking offset errors, retrieving percentage of Kuroshio axes and visually comparing inverse isotherms with original isotherms. The quality analysis and comparison with four other interpolators showed the CI interpolator to be a good technique for generating SST grid data from isotherms. We also computed the SST anomaly (SSTA) using the SST grid datasets. The amplitude values of integral SSTA in the area of 31–46°N, 170–180°E were low, whereas they were high in the SW–NE rectangular area of 35–46°N, 142–160°E.