20年时间序列海表温度数据集反演和评价

海表温度是研究海洋表面海气相互作用的一个至关重要的物理参数。为建立长时间序列海表温度数据集,在海表温度反演模型建立过程中还需要考虑卫星之间的差异、卫星仪器随时间的衰减、所采用反演算法模型建立过程中人的主观因素的影响等。为此,针对1989—2008年间NOAA/AVHRR数据特点,发展了统一的海表温度反演模型,并生成了20年时间序列海表温度数据集,空间分辨率达到1km。利用船舶浮标资料和OISST数据对该数据集进行了验证,验证结果表明该数据集均方根误差在1℃左右。最后针对1997/1998年厄尔尼诺事件,用反演的海表温度分析了西太平洋暖池区海表温度距平对这次事件的响应。     

高被引论文选编

扩展重建海表温度(ERSSTv5)资料:升级、验证和相互比较——Extended reconstructed sea surface temperature,version 5(ERSSTv5):Upgrades,validations,and intercomparisons.Journal of Climate,2017,Vol.30,No.20.逐月全球2°×2°扩展重建海表温度(ERSST)资料已由第4版更新至第5版,在质量控制、偏差调整和插值方面已经得到了实质性的修订。这次更新,使用了新发布的ICOADS 3.0版本的海温(SST)数据,来自Argo浮标的5 m以上的SST数据,以及HadISST2对百年海冰的新的估计。美国国家海洋与大气管理局(NOAA)国家环境信息中心(NCEI)的Huang等指出,由此得到的ERSST具有更可靠的时空变异,对高纬度SST也有较好的反映,使用更精确的浮标测量计算了船舶SST偏差,尽管全球长期趋势保持不变。     

中国近海海表温度对气候变暖及暂缓的显著响应

基于多套全球海温再分析数据和2种线性趋势分析方法,评估了1958-2014年中国近海海表温度（SST）的变化及其对全球气候变化的响应特征,并与全球平均地表温度特别是与若干重要海区的SST做了比较。研究表明：在全球变暖的显著加速期（1980年代和1990年代）,中国近海区域年平均SST表现出更快速的升温特征,其速率达0.60℃/10a,是同期全球平均升温速率的5倍以上;在变暖暂缓期（1998-2014年）,中国近海SST出现显著的下降趋势。研究还表明,中国近海区域SST的年代际变化与太平洋年代际涛动（PDO）的位相转换一致,前者SST的快速上升（下降）期与PDO正（负）位相最大值的时期相对应,PDO可能是通过东亚季风和黑潮影响中国近海SST的年代际变化。     

冬季北太平洋海表热通量异常和海气相互作用——基于一个全球海气耦合模式长期积分的诊断分析

利用一个全球海气耦合模式长期积分所给出的资料,分析了冬季北太平洋海表湍流热通量（潜热和感热）异常及其对海表温度（SST）异常的影响,并比较了海表热通量诸分量和海洋内部的动力学过程对SST变化的相对重要性。结果表明,冬季热带外海洋上的湍流热通量是影响SST的主要因子,但在北太平洋中部海水的平流作用也不可忽视。冬季热带外海洋向大气释放的潜热和感热通量与SST倾向（而不是SST本身）之间存在着显著的相关,这同Cayan和Reynolds等利用COADS资料和NCEP资料同化模式分析的结果是一致的。模式诊断的结果支持这样一种看法：和热带海洋不同,冬季热带外海洋上的海气相互作用主要地表现为大气对海洋的强迫作用,而不是相反。模式给出的SST倾向的第一个EOF分量及其与海平面气压场的相关特征同Wallace等从观测资料分析所得到的结果是一致的;进一步的分析表明：在冬季北太平洋的大部分区域（特别是西太平洋）,大尺度大气环流异常在很大程度上决定着SST的异常,而这种决定作用正是通过它对湍流热通量的强烈影响来实现的。     

降水对热带海表温度异常的邻域响应 II. 资料分析

对最近10年海表温（SST）的分析表明，东赤道太平洋（EEP）及中赤道印度洋（CEI）的SST存在显著正相关。西赤道太平洋（WEP）及西北太平洋（WNP）的SST也存在相关。流场和降水分析表明，当低空流场存在对EEP正的SST异常响应时，也存在对CEI正的SST异常的响应。前者位置偏东，对我国天气无直接影响；后者导致南方少雨，江淮多雨。在WNP和WEP海区SST异常的共同强迫下，我国南海及西太平洋出现低空反气旋式环流。由于其位置偏南，异常雨带位于华南，使我国华南多雨，江淮少雨。本文还用最近38年的海温和降水资料对上述结果进行检验。资料分析证实了数值模拟的结果，即降水对热带海表温度异常的响应是一种邻域响应。     

夏季厄尔尼诺-Modoki和东部型ENSO海表温度异常分布型特征及其与海洋性大陆区域气候异常的联系

2007年,Ashok等揭示了赤道太平洋区域存在一种三极型分布海表温度异常并称之为厄尔尼诺-Modoki,同时定义了相应的海表温度异常指数EMI（记为I_EM）。在此基础上,利用英国哈得来中心逐月海表温度资料、美国NCEP/NCAR月平均再分析数据集、美国国家海洋和大气管理局（NOAA）逐月降水资料（CMAP）,通过在太平洋海表温度异常中扣除厄尔尼诺-Modoki信号后,在Nino1+2区域上定义了东太平洋型海表温度异常指数EPNI（I_EPN）。据此,由I_EPN和I_EM可构成描述热带太平洋海表温度异常变化的一对指数。分析了两个指数相应的海气状态及对海洋性大陆区域气候异常的影响。结果表明,厄尔尼诺-Modoki和东太平洋型海表温度异常及其影响存在显著差异。在北半球夏季,当I_EM处于正位相时,热带太平洋海表温度异常呈现“负-正-负”的结构,海洋性大陆大部分区域海表温度异常为负,此时对流层低层太平洋地区辐合,海洋性大陆地区辐散,对流层高层太平洋地区辐散,海洋性大陆地区辐合。对应于辐合辐散中心,存在着自赤道中太平洋分别向赤道东太平洋和海洋性大陆中东部地区的异常垂直环流圈,同时也存在自海洋性大陆西部向印度洋西部的垂直环流。大气在海洋性大陆区域北部加热,南部冷却;在太平洋地区西部加热而东部冷却;在海洋性大陆区域10°N以南降水偏少,而10°N以北降水偏多。当I_EPN处于正位相时,热带太平洋海表温度异常呈现“西负东正”分布型,海洋性大陆区域海表温度异常呈现“西正东负”分布,对流层低层海洋性大陆地区辐散中心范围偏大、位置偏东、强度偏强,太平洋地区辐合中心范围偏小、位置偏东,热带环流异常在垂直方向上呈斜压结构,海洋性大陆区域北部大气加热而南部冷却,太平洋地区大气均呈加热正异常,海洋性大陆大部分区域降水均偏少,赤道太平洋降水偏多。以上这些结果有利于深刻理解热带太平洋海表温度异常的特征及其对海洋性大陆区域气候的影响。      

SST日变化对西太平洋暖池海表热通量季节内变化的影响(英文)

基于利用日最大太阳辐射、日平均海面风和日降水量近似计算海表温度（SST）日变化的振幅的方法,发展了一个计算SST日循环的参数化方案。利用周平均SST强迫美国国家大气研究中心（NCAR）的CCM3大气模式进行了有、无考虑SST日变化的比较试验。热带海洋与全球大气计划之耦合海气响应实验（TOGA COARE）的强化观测期间 IMET浮标的逐时海表观测资料不仅验证了该参数化方案的合理性,也表明了利用参数化方案对强迫场SST迭加日变化使CCM3较真实地模拟出西太平洋暖池海表热通量的季节内变化的位相结构。     

海表温度异常与中国低纬高原5月降水的ESVD研究

根据ECMWF提供的1961—2002年月平均大气环流再分析资料、NOAA提供的海表温度资料和中国低纬高原的5月降水资料,应用扩展奇异值分析（ESVD）方法研究了中国低纬高原区5月降水、中国低纬高原相邻区域的水汽通量及其散度与全球海表温度场年际变化之间的关系,并通过合成分析对ESVD的分析结果进行验证。统计诊断的结果表明,中国低纬高原区5月降水、中国低纬高原及其相邻区域5月水汽通量及其散度与1—5月的海温异常场之间都具有很好的相关性。海表温度异常型造成中国低纬高原区5月降水异常的物理过程为:当前期1月—同期5月印度洋、西太平洋和东太平洋的海表温度距平呈“-、+、-”（“+、-、+”）的纬向异常三极模或负位相的ENSO“Modoki”异常分布时,中心位于孟加拉湾的异常气旋式环流将孟加拉湾的异常偏多（少）水汽输送至中国低纬高原区,且中国低纬高原区处于水汽的异常辐合（辐散）区和大气环流的异常上升（下沉）区,相应的5月降水偏多（少）。由于1—5月海表温度异常型具有很好的持续性,是导致中国低纬高原5月降水异常的关键因素。因此,前期海表温度异常可以作为影响中国低纬高原5月降水的一个强信号因子,可在短期气候预测中加以应用。      

冬季中国近海海表温度的长期升高及其对中国降水的影响

利用1962—2011年HadISST海表温度资料和中国160站逐月降水等资料通过回归和相关分析等方法,分析了中国近海冬季海表温度(SST)的长期升高及其与中国冬季降水的关系。研究表明,近50年来中国近海冬季海表温度呈现明显的长期升高趋势。进一步分析发现,中国近海冬季海表温度的升高与长江中下游及以南地区冬季降水的增加存在显著的相关。最后,利用全球大气环流模式(CAM5.1)模拟研究了近海海温长期升高对中国降水的影响,模式模拟结果很好地验证了观测结果,表明中国近海冬季海表温度的长期升高确实对中国冬季降水存在影响。     

太平洋区域季内振荡的一种负反馈过程

利用1981—2002年美国国家气象中心（National Meteorological Center,NMC）逐日海表温度（sea surface temperature,SST）、10 m高处风场（V）及逐月混合层厚度（mixed layer depth,mld）资料,研究了太平洋区域海表温度季内振荡的气候及异常特征,重点探讨了北太平洋区域海表温度季内振荡的维持机制。研究发现,太平洋区域海表温度存在3个季内振荡强度气候高值区,即热带东太平洋（终年存在）、西北太平洋（北半球春、夏、秋存在）、西南太平洋（南半球夏季前后存在）,它们出现在气候混合层厚度最小的区域和季节。海表温度季内振荡强度年际异常与混合层厚度年际异常存在显著负相关,在物理上,这种关系比它与海表温度异常的关系更直接。北太平洋区域5—9月地面风场与海表温度季节内振荡的基本耦合模态揭示出以漂流和感热输送为动力的一个负反馈过程,它存在于薄混合层海区,这是该海区强海表温度季内振荡的维持机制。     

夏季厄尔尼诺-Modoki和东部型ENSO海表温度异常分布型特征及其与海洋性大陆区域气候异常的联系

2007年,Ashok等揭示了赤道太平洋区域存在一种三极型分布海表温度异常并称之为厄尔尼诺-Modoki,同时定义了相应的海表温度异常指数EMI（记为I_EM）。在此基础上,利用英国哈得来中心逐月海表温度资料、美国NCEP/NCAR月平均再分析数据集、美国国家海洋和大气管理局（NOAA）逐月降水资料（CMAP）,通过在太平洋海表温度异常中扣除厄尔尼诺-Modoki信号后,在Nino1+2区域上定义了东太平洋型海表温度异常指数EPNI（I_EPN）。据此,由I_EPN和I_EM可构成描述热带太平洋海表温度异常变化的一对指数。分析了两个指数相应的海气状态及对海洋性大陆区域气候异常的影响。结果表明,厄尔尼诺-Modoki和东太平洋型海表温度异常及其影响存在显著差异。在北半球夏季,当I_EM处于正位相时,热带太平洋海表温度异常呈现“负-正-负”的结构,海洋性大陆大部分区域海表温度异常为负,此时对流层低层太平洋地区辐合,海洋性大陆地区辐散,对流层高层太平洋地区辐散,海洋性大陆地区辐合。对应于辐合辐散中心,存在着自赤道中太平洋分别向赤道东太平洋和海洋性大陆中东部地区的异常垂直环流圈,同时也存在自海洋性大陆西部向印度洋西部的垂直环流。大气在海洋性大陆区域北部加热,南部冷却;在太平洋地区西部加热而东部冷却;在海洋性大陆区域10°N以南降水偏少,而10°N以北降水偏多。当I_EPN处于正位相时,热带太平洋海表温度异常呈现“西负东正”分布型,海洋性大陆区域海表温度异常呈现“西正东负”分布,对流层低层海洋性大陆地区辐散中心范围偏大、位置偏东、强度偏强,太平洋地区辐合中心范围偏小、位置偏东,热带环流异常在垂直方向上呈斜压结构,海洋性大陆区域北部大气加热而南部冷却,太平洋地区大气均呈加热正异常,海洋性大陆大部分区域降水均偏少,赤道太平洋降水偏多。以上这些结果有利于深刻理解热带太平洋海表温度异常的特征及其对海洋性大陆区域气候的影响。     

系统辨识(1):辨识导引

海气交界面的能量交换与海洋平流共同决定海表面温度（sea surface temperature,SST）异常的形成、维持与衰减。基于作者近期的研究,本文回顾了海表面热通量（surface heat flux,SHF）反馈以及SST方差与海表热通量及海洋热输送方差之间的关系。海表热通量异常可近似为一个与SST成正比的线性反馈项与一个大气强迫项之和。SHF的反馈参数取决于SST和SHF间的滞后交叉协方差以及SST自协方差。这种反馈总体上为负反馈,减弱SST异常,海表湍流部分起主导作用。最强的反馈可见于南北两半球的中纬度,最大值出现在大洋的西部和中部位置并延伸至高纬度地区。SHF反馈于北半球秋冬两季增强,春夏两季减弱。这些反馈特征在CMIP3耦合气候模式中得到合理的模拟。然而,多数模式中反馈的强度与再分析资料的估值相比略为偏弱。与再分析资料的估值相比,＂平均模式＂反馈参数比单一模式有更相似的空间形态以及较小的均方根差。基于海表面能量收支平衡,SST的方差可以表示为3个要素的积：1）海表面辐射和湍流通量以及海洋热输送的方差之和;2）一个衡量SST持续性的传输系数G;3）一个反映海表热通量以及海洋热输送之间协方差结构的有效因子e。SST方差的地理分布类似于海表热通量及海洋热输送的方差之和,但为G和e因子所修正。     

黑潮延伸体区域海表温度锋的时空变化特征分析

利用NOAA最优插值逐日海表温度资料和AVISO中心的海表高度异常资料,分析了黑潮延伸体区域的海表温度锋的时空变化特征以及导致其年代际变化可能的原因。结果表明,气候平均态的黑潮延伸体区域海表温度锋位于黑潮延伸体区域北部边缘,在143 °E和150 °E附近存在两个弯曲,SST水平梯度最大值出现在142 °E附近,强度超过4.5 ℃/(100 km),其后强度自西向东逐渐递减,在149 °E附近又出现一个较弱的大值中心,在141~153 °E范围内,海表温度锋位置的平均值为36.25 °N,强度的平均值为3.22 ℃/(100 km)。黑潮延伸体区域的海表温度锋南北位置的季节变化很弱,而其强度的季节变化非常显著。相较于较弱的季节变化,海表温度锋位置的年际和年代际的低频变化则要显著得多,其南北变化跨度超过2 °。海表温度锋强度的年际和年代际的低频变化也较强,超过4.5 ℃/(100 km)。黑潮延伸体区域的海表温度锋的变化与太平洋年代际振荡（PDO）以及北太平洋涡旋振荡（NPGO）存在显著的相关关系,NPGO和PDO在中东太平洋区域会强迫产生海表高度异常,随后向西传播,在约3年后到达黑潮延伸体区域,使该区域流场发生变化产生海洋热平流异常,最终导致海表温度锋强度发生变化。      

FY-3C/VIRR海表温度产品及质量检验

国家卫星气象中心FY-3C/VIRR（visible and infrared radiometer,可见光红外扫描辐射计）海表温度产品在云检测产品的基础上,采用多通道MCSST（multichannel SST）算法进行晴空区海温反演。该文详细介绍了海表温度产品算法、产品设计、质量控制及质量检验方法。FY-3C/VIRR海表温度产品包括5 min段原始投影海温和5 km全球等经纬度投影海温。设计逐像元的海温质量标识,将海温像元分为优、良、差3个等级,用户可根据应用目标选择海温的质量等级。与日最优插值海温OISST（optimum interpolation SST）相比,FY-3C/VIRR 2015年1月—2019年12月的5 min段海温质量检验结果表明:质量等级为优的海温,白天和夜间的偏差分别为-0.18℃和-0.06℃,均方根误差分别为0.85℃和0.8℃;白天海温均方根误差有季节性波动,夏季有的月份均方根误差大于1℃（如2015年7月、2016年7月和2019年7月）;在海温回归系数不变的条件下,夜间海温偏差的季节性波动与星上黑体温度相关显著。从一级数据质量、定位、业务运行状况等方面讨论引起海表温度产品异常的原因,为FY-3C/VIRR历史数据定位、定标和产品重处理及用户应用提供重要的参考信息。     

华西秋雨与海表温度的关系

利用1951-2011年华西地区25个测站逐月降水资料、NCEP/NCAR再分析资料以及NOAA ERSST海表温度资料,分析了影响华西秋雨降水异常的环流场特征,并探讨了华西秋雨变化与海表温度的联系。研究表明:多雨期(少雨期)东亚500 h Pa高度距平场呈东高西低(西高东低)态势,西太平洋副高东退(西伸);700 h Pa风矢量合成分析亦表明,典型多雨年华西地区位于反气旋后部,盛行偏南气流,水汽供应充足。赤道西太平洋以及赤道中太平洋海域是影响华西秋雨异常变化的关键海区,该海区夏季海表温度变化可以作为华西地区秋季降水变化的预测指标之一。     

西北太平洋热带气旋强度变化的若干特征

使用NOAA海表温度资料、ECMWF再分析资料和JTWC台风最佳路径数据,对1984—2013年30年西北太平洋热带区域（100 °E~180 °,0~60 °N）内热带气旋（TC）的强度变化特征及其与环境风垂直切变（VWS）、海表温度（SST）、最大风速半径（RMW）的关系作了统计分析,尤其关注TC强度突变。结果表明:（1）在研究区域内,TC样本中35.2%强度稳定,52.8%强度变化缓慢,仅12.0%强度突变,约92.7%的迅速加强TC样本发生在其台风及以上强度等级;（2）2000年以来,TC强度稳定样本减少,强度迅速变化样本增多。5月和9—10月是TC强度突变的高频期;（3）超过12 m/s的环境VWS下TC迅速加强较少,且只有台风及以上强度TC才能在大于12 m/s的VWS下迅速加强;（4）TC加强和迅速加强主要在28.5~30.0 ℃的SST洋面上发生,在较低SST下仍迅速加强的TC强度等级较高;（5）TC样本的RMW多小于100 km,其中强度突变TC RMW峰值区在20~40 km;（6）加强TC的RMW的24 h变化一般减小,减弱TC的RMW则增大;其中强度突变TC尤其明显,超强台风发生迅速加强时,RMW减小的比率达84.6%,但仍有15.4%比率的RMW增大。      

近54年广东沿海海表温度最低、最高年平均成因分析

根据1960—2013年广东省沿海5个海洋站的实测月平均海表温度（SST）及南海高压特征指数、太阳总辐射、季风、全球年平均地表温度距平等资料,采用比较方法,分析近54年最低、最高年平均SST的季节变化差异及其形成原因,得出近54年来年平均最低、最高SST分别为1984年（SST距平为-0.95℃）与2002年（距平为＋0.91℃）;SST差异主要发生于冬、春季月份,其形成原因与全球变暖、南海高压强弱变化、太阳总辐射强度、冬季风强度等季节变化有密切关系。     

国家自然科学基金委员会地球科学部南京气象学院大气资料服务中心资料通讯

第 7卷第 1期 (总第 2 2期 ) 2 0 0 3年 8月1　新编 NCEP/NCAR逐日再分析资料数据集最近 ,南京大气资料服务中心的 NCEP/NCAR逐日再分析资料数据集又得到了充实。变量从 39个增加到 71个 ,延伸时段从 1 94 8年 1月到 2 0 0 2年 1 2月 ,覆盖区域为全球范围。全部资料数据按性质和变量归类 ,按年代排列 ,整个数据集分为 5大部分 (见表 1～ 5)。表 1　等压面资料等压面变量名文件名前缀单位最小信息位 (精度 )数据容量 /GBAir temperature Air K 0 .1 6.68Geopotential height hgt m 1 6.68Relative humidity rhum % 1 3 .1 4Specifi…     

2001年度我院获国家自然科学基金资助项目简介

项目名称:黑潮SST异常与东亚季风相互作用的数值模拟研究项目负责人:孙照渤教授研究内容简介:通过数值模拟,研究黑潮区域海表温度的持续异常对东亚冬、夏季风进退和强弱的影响,以及持续风应力异常对黑潮海表温度异常的影响;用观测资料诊断分析与数值模拟     

春季热带南大西洋海表温度异常与夏季亚澳季风区降水异常的联系

利用1979—2019年Hadley中心的海表温度资料、GPCP的降水资料以及NCEP-DOE的再分析资料等,分析了北半球春季热带南大西洋海表温度异常与北半球夏季亚澳季风区降水异常的联系。研究表明,北半球春季热带南大西洋海表温度异常与随后夏季热带西太平洋到南海（澳大利亚东侧海域到热带东印度洋）地区的降水异常为显著负相关（正相关）关系。北半球春季热带南大西洋的海表温度正异常可以引起热带大西洋和热带太平洋间的异常垂直环流,其中异常上升支（下沉支）位于热带大西洋（热带中太平洋）。热带中太平洋的异常下沉气流和低层辐散气流引起热带中西太平洋低层的异常东风,后者有利于热带中东太平洋海表温度出现负异常。通过Bjerknes正反馈机制,热带中东太平洋海表温度异常从北半球春季到夏季得到发展。热带中东太平洋海表温度负异常激发的Rossby波使得北半球夏季热带西太平洋低层出现一对异常反气旋。此时,850 hPa上热带西太平洋到海洋性大陆地区为显著的异常东风,有利于热带西太平洋到南海（澳大利亚东侧海域到热带东印度洋）地区出现异常的水汽辐散（辐合）,导致该地区降水减少（增加）。