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...     

黑潮延伸区的海平面异常和中尺度涡的统计分析

利用1993～2004年卫星高度计TP/Jason-1和 ERS/ENVISAT提供的海平面异常(SLA)融合数据,分析了黑潮延伸区12年来的平均海平面异常的变化特征及中尺度涡的分布规律.研究表明,在黑潮延伸区海平面异常(SLA)呈递增趋势,年平均上升率为8.89mm/a,显著性周期是1年、0.5年和6年;黑潮延伸区的海平面异常和海表面温度异常的低频分量与Nino3指数具有较高的相关性.这说明,黑潮延伸区的海平面变化和海表面温度与厄尔尼诺事件密切相关,都受到黑潮变化的密切影响.在日本东部的黑潮延伸区,中尺度涡自东向西移动,寿命约为1年,移动速度大约是10经度/年.气旋涡和反气旋涡的面积呈现几乎同步增减的规律,均呈年周期变化,上半年少,下半年多.在1997～1998年,黑潮延伸区内中尺度涡的面积显著减小,并且正好对应于Nino3指数极大值出现的年份.因此,黑潮延伸区内中尺度涡的数量和强度也与厄尔尼诺事件密切相关.     

东海黑潮温度锋的三维结构特征分析

结合卫星遥感海表温度、三维再分析温度资料和数值模拟结果,研究了东海黑潮温度锋从海表到底层的三维结构特征.结果 表明:东海黑潮海表温度锋在冬季和春季较强,秋季次之,夏季消失.多年平均的东海黑潮海表温度锋区范围主要在70～700m水深区域,温度锋的中心线与黑潮的流轴大致平行,在济州岛以南的黑潮中段区域有北上的分支.受台湾暖...     

源区黑潮研究进展

黑潮(Kuroshio)作为太平洋上一支强大的西边界流,起源于菲律宾以东海域,经吕宋海峡,从台湾以东进入东海,穿越吐噶喇海峽进入日本以南海域、最后汇入北太平洋环流。 本文作者所指源区是从菲律宾的吕宋岛以东至我国台湾岛以东之间,在此区域黑潮流经吕宋海峽,流态发生显著变化,是近几年来各国学者研究的重点。关于菲律宾以东黑潮的研究较少,作者重点阐述吕宋海峡处和台湾以东黑潮的研究进展。     

日本南部黑潮与黑潮延伸体路径状态关联性的定量分析

日本南部黑潮存在多种路径模态:近岸非大弯曲路径、离岸非大弯曲路径和大弯曲路径。黑潮延伸体的路径存在两种典型模态:收缩态和伸展态。从地理位置看, 日本南部黑潮和黑潮延伸体是相邻的, 但它们的路径状态是否存在关联一直存在争议。本文基于卫星观测的海表高度资料和长期的海洋高分辨率再分析资料, 对日本南部黑潮和黑潮延伸体路径状态之间的关联性进行定量分析, 结果表明:日本南部黑潮和黑潮延伸体的路径状态存在一定的关联。当日本南部黑潮处于近岸非大弯曲和大弯曲路径时, 黑潮延伸体主要处于伸展态; 当日本南部黑潮处于离岸非大弯曲时, 黑潮延伸体处于伸展态和收缩态的比例相当。进一步分析表明, 黑潮流轴处于伊豆海脊的位置部分决定了上述关系, 可能存在其他因素调制了两者的关联性。     

反映台湾以东黑潮流量变化的海表面高度关键区域的确定

根据HYCOM模型结果,主要分析了台湾以东黑潮流量年际变化和海表面高度变化的相关性。得出黑潮流量的年际变化和台湾以东123°E~125°E,24°N~25°N区域的海表面高度年际变化相关性最好,而且相关系数可这0.8左右。在季节l生变化上,二者总体变化趋势也是比较一致的,但黑潮流量的变化滞后该区域海表面高度1个月左右。黑潮流量整体随时间的变化与该区域海表面高度的相关性也可达到0.73。因此可以看出,这个区域的海表面高度变化可以反映黑潮流量的变化趋势,本文定义这个区域为关键区域,这是对以往利用基隆和石垣两站水位差异常回归得到黑潮流量变化的研究方式的一种较大改进。通过分析影响关键区域海表面高度变化的机制,可以进一步得出影响黑潮流量变化的因素,从而对其进行预测。     

逆方法最优解确定九州近海流速、流量

日本以南海域的调查研究,过去已有不少报道[1~3].众所周知,东海黑潮、西太平洋水和九州沿岸水在九州附近海域交汇,近年来,这里一直是中日黑潮合作调查研究[4]的重点海区之一这些工作显示,日本以南海域的基本特征表现为黑潮路径的大弯曲及其伴生的大冷水团和黑潮两侧中尸度涡的消长过程等等,同时表明确定该海区的流速、流量是探讨以上特征的主要内容之一以往多数作者是采用动力计算方法来确定黑潮相对流速、流量.大家知道,动力计算在不同的参考零面下所得的结果是不同的,这在黑潮强流区表现得尤为明显[5].     

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。     

基于IPCC预测结果的北太平洋海表面温度变化分析

利用IPCC-AR4气候模式诊断与比较计划(PCMDI)20C3M试验和A1B情景试验模拟数据,研究了在温室气体排放情景下,北太平洋海表面温度的变化及其对太平洋风应力旋度变化的响应。结果表明,温室气体中等排放A1B情景与20C3M情景相比,北太平洋年平均海表面温度表现为一致增温的趋势,且最大的增温中心位于黑潮及其延伸体区。与20C3M试验相比,CO2增加情景下北太平洋中部东风加强,增加向北的Ekman输送,使得北太平洋内区增温。风应力旋度零线也向北略有移动,导致黑潮延伸体向北移动并得到加强,从而引起延伸体区较强增温。风应力旋度零线的纬度附近产生的Rossby波,向西传播到黑潮延伸体区,进一步加强黑潮延伸体区的温度异常。海洋对北太平洋风应力场变化的局地响应及延迟响应,使黑潮延伸体海域海表面增温远大于周围海区。     

我们对黑潮研究的若干初步结果

我们所研究的黑潮,是指130°E以西所谓“源地”海域的黑潮,即台湾省以东和东海海域中的黑潮。这是黑潮作为西部边界强流的起始和最重要的一段,也是最靠近我国而对我们关系可能最为密切的一段。 从六十年代初开始,我们主要引用了日本气象厅、水产厅和水路部等自五十年代以来所发表的有关这一海区的海流和水文资料,以及三十年代以前这一海区,特别是台湾省以东海域的水文历史资料,对源地区域的黑潮及其变异问题开展了下列几方面的研究。 1.黑潮的途径 这是指黑潮流轴的位置、流轴处的流向及流幅(系流速≥40厘米/秒的较强部分)等三者而言。通过温盐度分布     

冬季东海黑潮海-气热量交换对长江中下游汛期降水的影响

黑潮海区的海-气热量交换,表层水温及热含量的变异对大气环流和大陆旱涝的影响已有论述。本文的目的在于分析东海黑潮海区的海-气热量交换特征及其与整个黑潮的关系,探讨它与长江中下游降水的联系,进而计算比较东海嵊山站多年海-气热量交换的特性,得到了有预报意义的指标。一、东海黑潮冬季海-气热量交换的年际变化特性及其与整个黑潮的关系作者在分析东海黑潮海区的海-气热量收支的年平均状况和季节变化特征时指出,10—3月海-气之间的热量比较显著,特别是在严冬季节。据此,本文只着重讨论东海黑     

POM模式在日本南部黑潮路径变异研究中的应用

日本南部黑潮路径变异对北太平洋地区的气候和环境具有显著的影响,对黑潮路径变异的研究具有重要的意义。本文利用POM(Princeton Ocean Model)数值模式模拟了日本南部黑潮的路径变异情况,分析了黑潮大弯曲路径形成的可能机制。研究结果表明,当黑潮处于非大弯曲路径时,相对位势涡度的平均值呈现递减趋势,说明日本南部低位势涡度水在不断积累,这样会使得四国再循环流的强度增强,迫使黑潮保持平直路径,同时,近岸黑潮垂直流速剪切增大,斜压不稳定性的作用也逐渐增大;当黑潮从非大弯曲路径向大弯曲路径过渡时,再循环流强度的减弱会导致黑潮的流速剪切减小。根据海表高度异常场以及海洋上层流场信息发现,近岸黑潮附近的气旋涡会随着再循环流区域反气旋涡的东侧向南运动,最终导致黑潮大弯曲的发生。分析涡流的能量,结果显示,黑潮大弯曲路径的形成与斜压不稳定性密切相关。     

海平面变化对黑潮变异的响应

本文对黑潮影响海我海平面变化进行了分析，发现海平面变化与黑潮变异之间存在着密切关系，每当黑潮大弯曲发生时，海平面上升出现高值。另外还对海平面变化原因做了讨论。     

用Geosat高度计数据观测黑潮流系的低频变化Ⅱ.季节及年际变化分析

本文利用由Geosat卫星高度计ERMT2-GDRs共2.3a数据得到的海面高度异常时间序列对黑潮流系的变化作进一步分析。季节平均的海面高度异常表明,黑潮延伸体与黑潮大弯曲之间有相互关联的变化关系。黑潮两侧相对水位差可以表示流量的相对变化特征,对7个断面相对流量分析得出黑潮延伸体及日本以南黑潮流量有较强的季节变化特征,吐噶喇海峡以东与台湾省东北黑潮流量年际变化具有相同相位,黑潮出现大弯曲时流量减少,而东海断面流量在大弯曲出现时增强,菲律宾以东黑潮流量在ENSO期间减弱,ENSO消失后增强,对50个时间序列的海面高度异常场进行了EOF分析,得到前三个EOF分量分别占总方差的25.3%、17.1%和13.7%,分别代表黑潮弯曲模态、ENSO模态及季节变化模态。季节变化特征在秋冬之交出现正异常最大,春夏之交出现负异常最大,这种变化规律与东亚季风有关。     

基于海色融合数据的东海黑潮锋面检测研究

海洋锋是典型的海洋中尺度现象之一。目前卫星遥感主要利用海表温度数据分析海洋锋,但由于西北太平洋海域夏季海表温度的趋同特性,不能进行有效的锋面监测;而不同水团所具有的生物光学特性往往是不同的,且不具有太阳辐射引起的显著性季节变化,因此海色资料也成为检测海洋锋的有效数据源。文中以东海黑潮为例,详细说明了基于叶绿素a浓度融合数据,采用梯度法进行海洋锋面检测的过程,通过比较不同季节不同梯度阈值得到的东海黑潮锋结果,从保持锋面的完整性及对零碎锋区的剔除效应方面,选取了不同季节较优的梯度阈值。总体来说,文中检测出的东海黑潮区域海色锋与海流黑潮强流区较吻合,12月至4月东海黑潮海色锋检测结果不如海温锋,而5-11月东海黑潮海色锋检测结果优于海温锋,特别是台湾以东黑潮区域,不论什么季节海温锋都没有体现,而海色锋始终很明显。利用文中提出的海洋锋检测算法、分析方法及选择的梯度阈值可以有效地检测东海黑潮区域的海洋锋面,结合海色锋和海温锋,可以监测分析东海黑潮强流区的时空变化。     

黑潮大弯曲时期日本鲭幼体输运数值模拟研究

日本鲭是一种重要的经济鱼类,广泛分布于西北太平洋沿岸海域,其资源和补充很容易受到环境因素的影响,尤其是在鱼类的早期生活阶段,即卵和幼体阶段。本文建立了一个基于个体的模型（Individual-Based Model,IBM）用以研究典型大弯曲期间黑潮主流、周围环流以及中尺度涡对日本鲭早期生命活动的影响。数值模拟及研究结果表明：（1）在深度分布方面,大部分个体（鱼卵或仔稚鱼）位于75 m以浅水层中,只有少部分被垂直湍流带入更深的水域。（2）在产卵场和育幼场之间的连通性方面,3-5月来自主要产卵场的个体随黑潮主流进入黑潮延伸区的渔场;6月份,主要产卵场中的个体受到黑潮大弯曲东侧的小型冷涡的影响,该冷涡阻止了其进入黑潮延伸区的渔场,并留在纪伊半岛和伊豆群岛的沿海水域。在昼夜垂直迁移（Diel Vertical Migration,DVM）这一输运方式的影响下,停留在四国岛和纪伊半岛附近的个体数量增加,处于DVM输运方式下的个体受冷涡的影响更大,增加了在海洋表面漂流的时间,无法跟随黑潮主流输送到更远的育幼场。（3）在输送距离方面,90%以内的个体进行短距离到中距离输运,在DVM输运方式下,长距...     

广西四季温度气候变化与同期海温场异常的关系及预测

利用奇异值分解(SVD)分析广西春(3～5月)、夏(6～8月)、秋(9～11月)和冬(12～2月)四季气温变化与同期北太平洋海温场异常的关系。研究表明:广西各季气温气候变化与同期北太平洋海温场具有较好的相关性,相关性显著区域主要是Nino区、黑潮区和太平洋中东部的夏威夷海区。广西春季、冬季气温与Nino区、黑潮区海表温度异常表现显著的正相关,与夏威夷海表温度异常呈反相关;夏季气温与北太平洋海表温度呈正相关;秋季与黑潮区、亲潮区呈正相关,与Nino区呈反相关。在均生函数预报模型的基础上,提出了均生函数残差模型。实验结果表明,残差模型在拟合效果和预测实验比均生函数预报模型理想,为气候预报提供了一种较为理想而有用的方法。     

我所中日黑潮研究连续十四年成果获奖多,日方评价高

"对日本来说,中日黑潮合作研究是最成功的一次国际合作研究."这是日本科技厅有关负责人对中日黑潮研究的高度评价.     

137°E断面北赤道流、黑潮变异和黑潮大弯曲的关系

分析了１９７２～１９８８年１３７Ｅ断面资料,结果表明,北赤道流和黑潮、黑潮 和黑潮逆流、北赤道流和热带水以及黑潮、黑潮逆流和亚热带水等,都有０．０１以上 显著水平相关。黑潮既受制于西太平洋大尺度海洋环流,还受大暖涡变化的影响。 北赤道流递减率反应了亚热带环流西部的辐合状况,它的变化是导致日本以南大 暖涡迁移,黑潮路径变化、停滞的主要原因。     

苏澳一与那国岛断面上黑潮流速结构的特征及其季节变化

自北赤道流延伸而来的黑潮，起源于我国台湾省的东南海域。当黑潮沿着台湾岛东岸北上时，它的主轴通过苏澳-与那国岛断面，自北太平洋进入我国东海，成为我国东、黄海海流系统的“大动脉”。显然，黑潮的流速结构及其变化，对东、黄海水文特征的分布、变化以及我国东部沿海地区的气候，特别是旱涝现象，都有着密切的关系。所以，有关这一问题的探讨是很有意义的。而欲研究黑潮的上述问题，取苏澳-与那国岛断面作为探讨的核心是很合适的，因为这个断面不仅离黑潮源地较近，而且位于黑潮进入东海首当其冲的关键性区域。 关于黑潮在这一断面上海洋水文状态的变化情况，日本学者须田晥次(K.Suda,1937-1938)曾作过广泛的研究，他主要分析了黑潮源地区域标量场(温、盐、密度等)的逐月变化特征。本文拟引用须田当年所列举的温、盐度资料，来研究黑潮的流速结构(主要是流速分布和输送量)及其季节变化，并结合现有的海面风应力资料，试图对黑潮输送量的季节变化及其原因作一初步的探讨，并作为进一步研究黑潮变动规律的参考。