热带三大洋海-气耦合主模态及其相互作用的研究进展

从地球气候系统的角度,回顾了国内外热带太平洋、大西洋和印度洋海洋-大气相互作用研究,特别是有关这三大洋海-气耦合主模态研究已取得的成就;提出了热带印度洋、大西洋在被热带太平洋“充电”的同时,如何通过大气桥“放电”,从而改变热带太平洋海洋动力过程是目前面临的重要科学问题.指出了海洋动力过程在三大洋相互作用中的重要性.     

热带三大洋海表温度和云水关系的初探

热带太平洋、大西洋和热带印度洋是全球海洋-大气相互作用最显著的海域。为了探讨热带三大洋局地海洋-大气相互作用中的某些特征,利用新的卫星遥感资料对热带三大洋的云水和海表温度(SST)异常变化进行了统计相关分析。研究发现:在赤道太平洋和赤道大西洋云水和SST二者在超前或滞后5周内都呈现明显的正相关关系,表明3个赤道海域云水和SST之间具有明显的相互作用正反馈机制;在热带西印度洋SST异常超前CLW异常一周时,正相关系数最大,SST的变化导致云水的变化;而在以较冷海水为下垫面的赤道外东北太平洋,东南太平洋以及赤道外的南大西洋海域,二者呈明显的负相关关系,云水的变化会引起SST的变化。位于菲律宾以东的热带西北太平洋区,云水量的变化引起SST的变化;而赤道东印度洋暖池区即存在云水量的增加(减少)引起SST降低(升高)的现象,也存在SST降低(升高)引起云水量的减少(增加)的现象。以上结果将为进一步理解海洋-大气相互作用,在数值模式中正确设计海洋-大气边界层参数化方案提供参考。     

北半球热带中太平洋与印度洋海表温度梯度对夏季西北太平洋热带气旋生成频数变化的影响

基于1951—2018年哈德里中心海温资料、美国气象环境预报中心和美国国家大气研究中心再分析资料和第四代欧洲中心汉堡模式, 针对1994年、2018年等西北太平洋热带气旋(TC)生成异常多的年份, 研究了引起TC增加的海表温度异常(SSTA)模态及其影响机制。结果表明, 北半球热带中太平洋增暖与印度洋变冷是夏季西北太平洋TC生成频数增加的主要原因, 北大西洋负三极型式SSTA促使TC生成的进一步增加。热带中太平洋增暖与印度洋冷却在菲律宾以东激发出西风异常和气旋性环流异常。北大西洋负三极型式SSTA在我国南海、菲律宾至东南沿岸激发出气旋性环流异常。前者在西北太平洋中部, 后者在南海产生有利于TC生成的局地环境。1994年和2018年夏季热带中太平洋出现暖SSTA、印度洋为冷SSTA、北大西洋呈现负三极型式SSTA, 西北太平洋TC生成频数极端增多。近30年来, 当出现热带中太平洋增暖和印度洋冷却时, 北大西洋表现出比1989年以前更强的负三极型式SSTA, 使西北太平洋TC生成频数和北半球热带印度洋-太平洋SSTA梯度的线性相关更显著。     

热带太平洋-印度洋上层热含量年际变化的主模态

利用多种海洋资料,采用经验正交函数分解(EOF)与合成分析等方法研究了热带太平洋-印度洋热含量年际变化的主要模态及其对应的转换过程。结果表明其第一模态对应El Nino事件成熟位相时的空间分布,即热带西太平洋和东印度洋为一冷中心,西南印度洋和赤道东太平洋为暖中心;第二模态对应着El Nino事件过渡期的空间分布,太平洋10°N附近以及赤道带为变化中心,而印度洋的变化中心主要在苏门答腊岛西部的赤道东印度洋海区。这2个模态基本刻画了ENSO循环过程中热带两大洋热含量变化的关键海区。利用合成分析结果与EOF分解结果的相似性,探讨了EOF分解前两个模态之间的转换过程,发现第一模态可能主要是通过海洋波动的传播过程调整到第二模态的,而第二模态还可以作为El Nino或La Nina事件的预报因子。此外,分析结果还表明,El Nino事件与La Nina事件对应的热含量变化并不是反对称的。     

利用太平洋海表温度作西北太平洋热带气旋年频数预测

本文利用1950—2000年全球月平均海表温度,计算分析海表温度与西北太平洋热带气旋频数之间的相关性,确定太平洋海表温度与西北太平洋热带气旋相关性好的海域作为预测模式的相关海区。从相关海区中选取代表格点海表温度资料构造出综合预测因子。利用综合预测因子建立一元线性和一元多项式非线性预测模式。经检验,两种模式预测效果较为理想。因此,利用太平洋海表温度与西北太平洋热带气旋频数的相关性建立预测模式作西北太平洋热带气旋频数预测是可行的。同时发现,经过以上方法建立的线性模式和非线性模式预测结果相差甚微,表明西北太平洋热带气旋频数与前一年太平洋某些海区海表温度经以上方法得到的综合预测因子之间线性相关性较为明显。     

热带太平洋-南海-印度洋海面风与海面温度年际变化整体耦合的主模态

利用COADS资料和相关分析、经验正交函数分解、奇异值分解和小波分析等方法对热带太平洋-南海-印度洋的海表面温度(SST)及海面风场(SSW)进行了研究,确定了热带太平洋、南海以及印度洋作为1个整体时海面风场及海面温度场相互作用的主模态。在把热带太平洋、南海和印度洋作为整体的情况下,研究了该模态的时空分布特征。各种方法研究均表明,该模态在热带太平洋上为ENSO模态;在热带印度洋上为对应于ENSO态的印度洋“单极型”模态;在南海则表现为整个海盆尺度上的一致型。     

热带印度洋和太平洋海气相互作用事件的协调发展

对次表层海温距平的分布和变化的分析表明,在热带印度洋和太平洋都存在海温距平的偶极子模态,即在赤道附近大洋东、西两个部分的海温距平在不少年份呈反符号分布。进一步分析表明,两大洋海温距平的偶极子模态间有密切的联系。在分析它们和850hPa纬向风距平后指出,正是Walker环流异常把两大洋的海温距平变化联系起来。     

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.     

西北太平洋海表温度变化主成分分析

对西北太平洋1982—2010年NOAA系列卫星海表温度(Sea Surface Temperature,SST)产品进行月平均等处理,采用Reynolds SST月平均场对数据进行质量控制、数据融合等处理,建立高空间覆盖、长时间序列的SST场数据集。对月距平场进行经验正交函数(EOF)分解,分析时空模态特征,并将第一模态时间序列与相关气候时间序列进行比较。主成分分析结果显示西北太平洋SST存在显著的约13a周期的年代际模态和2~5a的类厄尔尼诺模态,年代际变化和西太平洋暖池的年代际振荡相似;类厄尔尼诺模态与Ni珘no-3.4区SST周期变化较为相关,并相对于厄尔尼诺具有约10个月的滞后。本研究显示,西北太平洋可能在多种不同时间尺度气候机制的控制之下。     

On the history of meridional overturning circulation schematic diagrams

Recent global warming caused by humans and the prediction of a reduced Atlantic Ocean meridional overturning circulation in the future has increased interest in the role of the overturning circulation in climate change. A schematic diagram of the overturning circulation called the “Great Ocean Conveyor Belt,” published by Wallace Broecker in 1987, has become a popular image that emphasizes the inter-connected ocean circulation and the northward flux of heat in the Atlantic. This seems a good time to review the development of the conveyor belt concept and summarize the history of overturning circulation schematics.In the 19th century it was thought that symmetric overturning circulation cells were located on either side of the equator in the Atlantic. As new hydrographic measurements were obtained, circulation schematics in the early 20th century began to show the inter-hemispheric overturning circulation in the Atlantic. In the second half of the 20th century schematics showed the global ocean overturning circulation including connections between the Atlantic and the Pacific and Indian Oceans. Some recent schematics of the overturning circulation show its complexities, but as more information is included these schematics have also become complex and not as easy to understand as the simple Broecker 1987 version. However, these complex schematics, especially the quantitative ones, represent valuable syntheses of our developing knowledge of the overturning circulation.     

大眼金枪鱼的资源现状

大眼金枪鱼的分布很广 ,在南、北纬 4 0°以内的太平洋、印度洋和大西洋均有分布 ,是金枪鱼渔业的重要捕捞种类之一。本文分别论述了大眼金枪鱼在大西洋、印度洋和太平洋的渔业概况、生物学特性、资源状况和管理对策。     

热带西太平洋海水氧同位素组成特征的初步研究

根据１９９１年ＷＯＣＥ首航中从热带西太平洋采集的水样的δ＾１８Ｏ数据，论述了该海区的氧同位素组成及其分布特点。结果表明，氧同位素的平面分布在一定程度上反映了热带西太平洋表层环流的基本特征，提供了北赤道流和黑潮源地的同位素示踪物证据。此外，还对δ＾１８Ｏ值的垂直分布，断面分布，及δ＾１８Ｏ值与盐度，温度，溶解氧相互关系等进行初步探讨。     

热带西南印度洋上升流区季节和年际变化研究及与印太系统海气相互作用

用59年Ishii再分析温度资料,讨论了热带西南印度洋(SWTIO)上升流区的季节和年际变化以及与上升流区有关的温度距平的变化,同时分析了其与热带印太海气系统的关系,结果显示SWTIO 上升流在南半球冬、夏季比较强,春季最弱。它的范围在5°~1°S,在东西向从50°E可以伸展到90°E。该上升流区的变化与温跃层的温度距平有密切的关系,并存在明显的5 a振荡周期。SWTIO上升流区温度距平的5 a周期振荡是由热带东印度洋温度距平在最大垂直温度距平曲面(MTAL)上向西沿着11.5°~6.5°S传播过来的,它与热带太平洋的温度距平传播方式不同。SWTIO上升流是热带印太海气系统的一个重要组成部分,印度洋偶极子 超前SWTIO上升流区温度变化5个月,最大相关系数达到0.57,NINO3区指数超前SWTIO上升流区指数2个月达到0.49。当热带印太区域的大气风场改变,影响热带太平洋和印度洋表层SSTA,出现ENSO和DIPOLE,进一步向西传播到SWTIO次表层,导致SWTIO上升流区出现改变。     

Inferring upwelling rates in the equatorial Atlantic using Be measurements in the upper ocean

Ocean upwelling rates are difficult to measure because of the relatively small velocities involved, and therefore are typically inferred from indirect methods such as heat budget estimates or tracer observations. Here we present the first results using a novel technique, based on the isotope ⁷Be, to infer rates of upwelling along the equator. Beryllium-7 (half-life=53.3 d) is a cosmic-ray produced radioactive nuclide that is deposited by rainfall upon the ocean surface and subsequently enriched and homogenized within the mixed layer. Previous investigations have utilized the penetration of characteristically high mixed layer concentrations into the upper thermocline to trace ocean ventilation and subduction over seasonal timescales. Here, the tracer is used in a reverse sense; that is, the ⁷Be concentration in the usually ⁷Be-rich surface mixed layer will be diluted from penetration of ⁷Be “dead” water upwelled from below. This dilution provides a means to infer upwelling rates. Furthermore, with knowledge of upwelling rates, ⁷Be profiles can be used to constrain vertical diffusivity within the upper thermocline. These ideas were tested with samples collected during the Tropical Atlantic Climate Experiment (TACE) cruise (May 22-June 27, 2009). The observations indicated a nearly linear relationship between ⁷Be inventory and mixed layer temperature, as with increased upwelling, lower mixed layer temperatures correspond to greater ⁷Be dilution from depth. With this data, upwelling rates were estimated at a number of stations near the equator between 0°E and 30°W within and adjacent to the equatorial cold tongue. The derived upwelling rates ranged from 0 to 2.2 m/d, with maximum values found between the equator and 2°S. The corresponding K_z values derived for the upper thermocline were in the range 1-4×10⁻⁴ m²/s.     

Cetacean research in the southern African subregion: a review of previous studies and current knowledge

Cetacean research, in terms of the number of papers, and areas for which data are available, has expanded considerably in the southern African subregion in the past decade, especially in the South-West Indian Ocean. We review cetacean research within this subregion from the 1800s to the present to provide an overview of findings, investigate trends and identify knowledge gaps. Data are presented separately for large whales (those subject to commercial whaling) and smaller cetaceans, and are separated by era and ocean basin. Over 550 peer-reviewed papers and books were identified relating to research on cetaceans within the subregion. More than half (284) have been produced since 1990 and 193 relate specifically to South African waters. The most-studied species are those that are most accessible due to their coastal distributions (southern right whale Eubalaena australis: 45 papers, humpback whale Megaptera novaeangliae: 31 papers, killer whales Orcinus orca: 27 papers, Indo-Pacific bottlenose dolphin Tursiops aduncus: 30 papers, Indo-Pacific humpback dolphin Sousa chinensis (plumbea form): 25 papers) and/or were hunted commercially (sperm whale Physeter macrocephalus: 25 papers). Identified conservation concerns vary throughout the subregion, but include bycatch and directed hunts, oil and gas development, ecotourism activities, shifts in prey resources, and noise and chemical pollution. The inshore stocks of Bryde's whales Balaenoptera edeni, the Indo-Pacific humpback dolphin and the Atlantic humpback dolphin S. teuszii were identified as the populations of highest conservation concern, although there are considerable knowledge gaps relating to deep-water species and almost no data (even on species occurrence) are available for several areas and countries.     

赤道太平洋-印度洋海洋上层海温分析

用来自美国Scripps海洋研究所的海温再分析资料,通过对1955-2001年赤道印度洋和太平洋上层0-400m的海温月平均距平分析,讨论了该两大洋海温之间的联系,得到了一些有意义的结果.赤道印度洋和太平洋虽然有马来半岛、苏门答腊岛、爪哇岛等岛屿阻隔,但海洋上层海温距平在东西方向上的分布是连续的,基本呈正负正或者负正负的分布格局,这3大冷暖中心分别位于赤道中印度洋、赤道东印度洋-西太平洋和赤道中东太平洋,正负区域的交界处分别位于印度洋80°E和太平洋160°-135°W附近,正好对应于赤道印度洋和太平洋温跃层深度的不连续处,在该不连续处赤道印度洋的温跃层深度变化大于太平洋的温跃层深度变化.在赤道印度洋和太平洋的3大冷暖中心中,赤道东印度洋-西太平洋的冷暖中心是一个系统,在太平洋它的移动路径是由赤道西太平洋出发,沿着赤道向东,到赤道东太平洋转向北,到10°N再转向西,到赤道西太平洋再转向南回到赤道西太平洋,组成一个逆时针回路;而在印度洋则是由赤道东印度洋出发,向赤道西北印度洋移动,和赤道中南印度洋组成一个逆时针回路;而且这2个移动回路是同时存在的,由赤道东印度洋和西太平洋开始分别同时完成冷暖中心交替的时间大约是10个月.