南海沿海季节性海平面异常变化特征及成因分析

Based on sea level, air temperature, sea surface temperature(SST), air pressure and wind data during 1980–2014,this paper uses Morlet wavelet transform, Estuarine Coastal Ocean Model(ECOM) and so on to investigate the characteristics and possible causes of seasonal sea level anomalies along the South China Sea(SCS) coast. The research results show that:(1) Seasonal sea level anomalies often occur from January to February and from June to October. The frequency of sea level anomalies is the most in August, showing a growing trend in recent years. In addition, the occurring frequency of negative sea level anomaly accounts for 50% of the total abnormal number.(2) The seasonal sea level anomalies are closely related to ENSO events. The negative anomalies always occurred during the El Ni?o events, while the positive anomalies occurred during the La Ni?a(late El Ni?o) events. In addition, the seasonal sea level oscillation periods of 4–7 a associated with ENSO are the strongest in winter, with the amplitude over 2 cm.(3) Abnormal wind is an important factor to affect the seasonal sea level anomalies in the coastal region of the SCS. Wind-driven sea level height(SSH) is basically consistent with the seasonal sea level anomalies. Moreover, the influence of the tropical cyclone in the coastal region of the SCS is concentrated in summer and autumn, contributing to the seasonal sea level anomalies.(4) Seasonal variations of sea level, SST and air temperature are basically consistent along the coast of the SCS, but the seasonal sea level anomalies have no much correlation with the SST and air temperature.     

东海沿海季节性海平面异常成因

Based on the analysis of sea level, air temperature, sea surface temperature(SST), air pressure and wind data during 1980–2013, the causes of seasonal sea level anomalies in the coastal region of the East China Sea(ECS) are investigated. The research results show:(1) sea level along the coastal region of the ECS takes on strong seasonal variation. The annual range is 30–45 cm, larger in the north than in the south. From north to south, the phase of sea level changes from 140° to 231°, with a difference of nearly 3 months.(2) Monthly mean sea level(MSL)anomalies often occur from August to next February along the coast region of the ECS. The number of sea level anomalies is at most from January to February and from August to October, showing a growing trend in recent years.(3) Anomalous wind field is an important factor to affect the sea level variation in the coastal region of the ECS. Monthly MSL anomaly is closely related to wind field anomaly and air pressure field anomaly. Wind-driven current is essentially consistent with sea surface height. In August 2012, the sea surface heights at the coastal stations driven by wind field have contributed 50%–80% of MSL anomalies.(4) The annual variations for sea level,SST and air temperature along the coastal region of the ECS are mainly caused by solar radiation with a period of12 months. But the correlation coefficients of sea level anomalies with SST anomalies and air temperature anomalies are all less than 0.1.(5) Seasonal sea level variations contain the long-term trends and all kinds of periodic changes. Sea level oscillations vary in different seasons in the coastal region of the ECS. In winter and spring, the oscillation of 4–7 a related to El Ni?o is stronger and its amplitude exceeds 2 cm. In summer and autumn, the oscillations of 2–3 a and quasi 9 a are most significant, and their amplitudes also exceed 2 cm. The height of sea level is lifted up when the different oscillations superposed. On the other hand, the height of sea level is fallen down.     

中国近海海平面变化与ENSO的关系

利用中国沿海台站潮位和中国近海及赤道太平洋的卫星测高、海表温度、风及气压资料,分析了中国近海海平面变化与ENSO的关系。分析结果表明:中国沿海海平面季节变化受ENSO影响明显,在厄尔尼诺事件期间,中国沿海海平面Sa分潮的振幅明显减小,其中年振幅的历史极小值均出现厄尔尼诺年,不同区域历史极小值出现的年份不同;另外,中国沿海Sa分潮的振幅对厄尔尼诺事件的响应与其强弱有关,在强事件中,响应区域和幅度较大,弱事件中,响应区域和幅度偏小。在厄尔尼诺年,中国沿海海平面多低于相邻年份,并且其年际变化存在明显的2~3a、4~7a、准9a、11a和准19a的周期,其中4~7a的周期在冬春季节震荡最显著,其震荡幅度接近2cm。中国近海海平面与赤道东太平洋区域的海表温度年际变化之间存在反相关关系,其相关系数为-0.42;同时与Nio4和Nio3.4指数序列也呈现反相关关系。针对典型的1997/1998年尼诺事件发生前后的风场和气压场分析发现,尼诺发生前的冬半年,冬季风偏强,气压梯度加强,中国沿海海平面偏低;到了厄尔尼诺的盛期,出现较强的南风异常,气压梯度反向,季风转向,过渡到了厄尔尼诺事件的衰减期,为拉尼娜事件做准备,此时海平面偏高。     

2016年中国沿海海平面上升显著成因分析及影响

使用中国沿海及西北太平洋区域的水位、海温、气温、气压和风等水文气象资料,详细分析了2016年中国沿海海平面显著升高的成因及影响。分析结果表明:（1）2012-2016年,中国沿海海平面处于准2 a、4 a、准9 a和准19 a周期振荡的高位,几个周期振荡高位叠加,对该时段海平面上升起了一定的作用;（2）2016年,中国沿海气温和海温较1993-2011年的平均值分别高0.7℃与0.5℃,均处于1980年以来高位;气压较1993-2011年的平均值低0.2 hPa;（3）2016年4月、9月、10月和11月,中国沿海海平面均达到1980年以来同期高位,这4个月的风场距平值在东海以南均明显偏大,且以偏南向和向岸风为主,风生流使得海水向岸堆积,沿海长时间以增水为主,对当月局部海平面上升的贡献率达到40%~80%;（4）2016年,中国沿海降水总体偏多,局部区域降水量达到历史同期最高,加上沿海径流量的增加,对沿海局部海平面升高有一定贡献;（5）2016年9-10月,有5个台风相继影响我国南部沿海,持续的风暴潮增水导致台风影响期间的海平面高于当月平均海平面70~360 mm,风暴潮和洪涝灾害给当地造成直接经济损失超过30亿元。     

渤黄海海平面的变化及其与ENSO的关系

利用1992年12月至2007年5月的高度计资料,研究了渤黄海海平面的变化特征。统计分析表明,近14a间渤海及北黄海、中央黄海海平面的平均上升高度分别为45.9mm和34.7mm,各海域的海平面上升速度不完全相同。研究发现,南方涛动指数(SOI)、纬向风应力距平都与渤海及北黄海、中央黄海的SLA呈负相关性,渤黄海海平面显著受SOI、纬向风应力调制,并且,SOI与渤黄海海域的风场之间有良好相关。将坐标系进行旋转后,获得与当地海平面异常相关最大的风应力方向。对SLA与新坐标系下风应力距平u的低频分量分析发现,渤海及北黄海海区、中央黄海对海平面影响最大的风应力距平u方向分别为东偏南20°方向、东偏南8°方向,风应力距平u分量与SLA、SOI的低频分量呈现更好的相关性。ENSO通过大气环流过程对渤黄海海域的风场产生影响,当地风场通过纬向风应力对渤黄海海平面的年际变化产生调制作用。因此,ENSO可以通过风应力对渤黄海海平面产生影响。     

东海海平面变化的综合分析

利用1993年1月至2011年12月的卫星高度计数据,研究了东海海平面变化的季节信号、线性趋势和低频信号,并结合风应力资料、Ishii温盐数据和海表面温度数据分析了季节信号和低频信号的驱动机制。东海季节性海平面变化主要由年信号组成,其占海平面变化的大部分;年信号振幅和相位的分布具有明显的区域差异;东海季节性海平面变化主要受海面风和海水热膨胀驱动,而且在不同季节、不同区域,两种驱动机制的作用存在明显差异,主导地位也不断变化;季节信号还受到黑潮的一定影响。1993-2011年间东海海平面线性上升速率为3.28mm/a,各海域海平面上升速率不同。东海海平面变化低频信号与比容海平面变化低频信号具有显著相关性,最大相关系数为0.55;东海比容海平面变化低频信号与SOI低频信号同样具有一定的相关性,最大相关系数为0.3。ENSO通过大气环流和黑潮洋流等对东海海域的比容海平面变化产生影响,比容海平面变化进而对东海年际间海平面变化产生调制作用,因此ENSO可以通过东海年际间比容海平面变化对东海年际间海平面变化产生影响。     

三沙市海域海平面变化

使用1993-2011年的台站和卫星高度计资料详细分析了三沙市海域近19 a的海平面变化特征及规律。结果表明:三沙市周边海域海平面存在明显的季节变化,且区域特征明显。海平面变化除了明显的年和半年周期,2~3 a、4~7 a和准9 a的周期也较显著。海平面长期变化呈现明显的波动上升趋势,且空间分布上区域特征显著,西沙群岛南部海域海平面上升趋势最强,西沙群岛北部与中沙群岛西部次之,南沙群岛东部海平面上升速率较快,南沙群岛西部上升趋势最弱。受大气环流等异常气候事件的影响,1998年和2010年海平面的年际变化波动较大,年变化振幅显著偏高。未来三沙市海平面将继续上升,预计2030年、2050年、2070年和2100年海平面将比常年分别升高约11 cm、20 cm、30 cm和45 cm。     

太平洋海平面变化特征及影响因素分析

采用经验模态分解法对太平洋沿岸验潮站的月平均海平面资料进行处理,结合T/P高度计资料、Church(2004)重构SSH资料、Ishii(2005)月均海温资料,研究太平洋海平面年际、年代际变化以及资料长度内海平面变化趋势。太平洋沿岸海平面总体呈上升趋势,平均上升速率为1.4 mm/a,趋势项分布有明显的区域性和纬度特征。ENSO对太平洋地区海平面年际变化有显著影响,海平面年际变化与Nino3指数在西(东)太平洋为负(正)相关,海平面年际变化与Nino3指数的相关性在热带太平洋最大,并随着纬度升高相关性减弱,且不同地区年际变化有滞后ENSO时间不等的最大相关。海平面年际变化与PDO指数在西(东)太平洋为负(正)相关,海平面与PDO的相关性分布有区域性和随时间演变特征。年代际变化对目前使用卫星高度计资料分析海平面长期趋势项的预测有直接影响,可能完全掩盖海平面长期变化趋势。     

西沙海槽海域地形地貌特征及成因

应用多波束测量资料绘制了详细的西沙海槽海域地形图、地貌图,并把研究区划分为3个地貌单元。其中陆坡斜坡位于北部,呈北东向延伸,地形较为简单,斜坡面单一平整,地貌类型单一,主要为堆积型斜坡;西沙海槽位于中部,呈北东东向延伸,地形起伏较大,主要由槽底平原和槽坡组成,且在槽坡上发育陡坎、冲刷沟谷、阶地等次一级地貌类型;西沙海台位于南部,呈近东西向展布,地形变化复杂,地貌类型众多,表现为海山、海丘、小台地、洼地等相间排列的波状起伏的地貌特征。地貌形成与演化主要受南海新生代两次海底扩张控制。第1次海底扩张期间,西沙海槽可能已开始发生张裂。第2次海底扩张期间,西沙海槽分3个阶段发生张裂断陷,而且其强弱在东西方向上差别巨大,致使形成了现今东深西浅、东窄西宽、槽壁陡峭的近东西向延伸的海槽地貌,奠定了研究区内地貌的基本轮廓。而地质构造、火山活动、海平面变化等内外营力的共同作用则控制次级地貌类型的形成与演化。     

台湾岛周边海域近16a来海平面变化研究

利用1992年10月至2008年6月的卫星高度计融合资料对台湾岛周边海域（20°～28°N,117°～124°E）多年海平面变化进行分析.研究结果表明：（1）采用改进的月平均水位周期信号的谱分析方法计算多年来台湾岛周边海域海平面年均上升速率为0.34±0.02 cm/a,与该海域内的潮位站结果较为一致.（2）台湾岛周边海域海平面高度变化以1 a周期变化为主,其次为0.5 a、准2 a周期变化.（3）通过计算海平面异常的标准差得出多年来台湾海峡西南部海域海平面波动最为激烈.（4）分析了台湾岛周边海域海平面4个季节的变化情况,指出台湾岛周边海域海平面季节变化的主要驱动力是风场.     

中国沿海增减水的变化特征及与海平面变化的关系

本文通过对中国沿海25个观测站水位资料的分析,初步探讨了中国沿海1980-2012年增减水的变化特征及与海平面变化的关系。结果表明:（1）中国沿海增减水的季节变化特征明显,相邻站由于受到的气象状况相同,其沿海增减水变化的过程相近,但是变化幅度存在较大差异。从空间分布看,沿海增减水的变化幅度呈现中间大南北小的区域特征,自长江口至广东沿海,增减水的年变化幅度最大,年变幅平均为5.0~7.5 cm;南海周边及北部湾沿海,增减水的年变化幅度次之,年变幅平均为4.0~5.5 cm;自渤海至黄海沿海,增减水的年变化幅度较小,年变幅平均为3.3~3.5 cm。（2）从时间变化看,1980-2012年中国沿海年平均增减水长期基本没有趋势性变化,但明显存在2至5年的周期性变化信号,该信号的震荡幅度为0.1 cm。经过高频滤波后,对沿海月平均增减水序列与Niño3.4指数进行相关性分析,相关系数为-0.5,该相关系数通过了显著性检验,说明中国沿海的增减水变化与ENSO事件呈现负相关关系。（3）中国沿海增减水的长期变化及空间分布特征均与海平面变化不同。1980-2012年,中国沿海海平面的上升速率为2.9 mm/a,而增减水长期基本无趋势性变化;另外,其季节变化与海平面的季节变化从时间和区域上均不存在一致性。（4）但是,短期海平面的变化与增减水有关,并且增减水对短期海平面的贡献根据其具体情况而定,增水幅度大且持续时间长的过程对短期海平面有抬升作用,其贡献率最大可达65%;反之,减水幅度大且持续时间长的过程则对短期海平面有降低的作用。     

西沙海区碳酸盐台地地震反射特征及沉积模式

随着南海海盆的持续扩张,西沙海区整体沉降,从早中新世起西沙碳酸盐台地开始发育,而且在台地之上生长了不同类型的生物礁。通过地震识别认为,西沙海区生物礁在地震剖面上表现为顶底强振幅的丘形连续反射、内部弱振幅杂乱反射;碳酸盐台地表现为顶部强振幅连续平行反射、底部界面局部模糊、内部强弱相间亚平行连续反射。通过对西沙海区地层层序的分析以及大量地震资料的解释认为,在西沙碳酸盐台地的发育早期它受基底构造的控制,而在后期主要受多期海平面变化的影响,其发育演化经历了初始生长—加积—出露—二次生长—淹没等一系列阶段,复杂的演化过程也使西沙碳酸盐岩具有较好的储集条件和油气远景。     

风对中国东部海域海平面季节变化的影响

应用ROMS数值模式配置基本实验模拟了2004年到2006年中国东部海域海平面的季节变化。模拟结果与TOPEX／Poseidon（T／P）卫星高度计观测结果基本一致,海平面年较差从中国沿岸到黑潮路径逐渐变小。将数值模式的风应力项去掉,配置对比实验。与基本实验结果对比发现,对比实验海平面仍然具有季节变化,但是闽浙沿岸和苏北沿岸海平面春夏季异常偏低、秋冬季异常偏高现象消失,中国沿岸向太平洋的海平面变化减弱。春季和秋季,渤、黄海和黑潮附近海平面异于东海的现象减弱。对比实验海平面的年较差的数值明显减小,从近岸向黑潮海平面年较差渐变的过程消失。整个渤黄海的海平面年较差近似。对比实验海平面年较差占基本实验海平面年较差比率从近岸向黑潮路径逐渐增大。     

ENSO对中国近海海平面影响的区域特征研究

使用卫星测高、海表温度以及中国沿海台站水位等数据,分析研究了ENSO对中国近海海平面影响的区域特征。结果表明:（1）赤道东太平洋海表温度与我国近海海平面存在显著的遥相关关系。相关系数自北至南呈梯度递增,分为3个影响明显的区域,分别是渤、黄海、东海和南海海域。南海海平面异常与赤道东太平洋区域的海表温度异常相关性最强,大部分区域的相关系数超过了0.6;东海海域海平面异常与赤道东太平洋海表温度的遥相关系数弱于南海,强于渤、黄海,大部分海域的遥相关系数超过了0.4;渤、黄海海域海平面异常与赤道东太平洋海表温度的遥相关系数最弱,但是大部分海域的遥相关系数超过了0.3,通过了显著性检验。（2）中国沿海海平面的季节变化与ENSO有明显的相关关系,且影响范围具有明显的区域特征,以长江口和台湾海峡为分界线分为长江口以北、长江口到台湾海峡以及台湾海峡以南3个区域。海平面的年振幅在厄尔尼诺年均出现偏低的现象,并且年振幅的极小值均出现在厄尔尼诺年。另外,海平面的年振幅对厄尔尼诺事件的响应与其强弱有关,在强厄尔尼诺事件中,响应区域和幅度较大,弱事件中,响应区域和幅度偏小。（3）南海、东海和渤、黄海这3个区域沿海的海平面变化均存在4~7 a的显著振荡周期,说明这3个区域的海平面均受ENSO的影响。其中,南海7 a周期的振荡幅度最大,约为1.5 cm;东海7 a周期的振荡幅度次之,约为1.3 cm;渤、黄海6 a周期的振荡幅度最小,不到1 cm。     

渤黄海沿海2月份海平面异常偏高成因分析

使用1980—2010年的水位、气温、海温、气压和风场资料,对中国渤黄海沿海2月份的海平面变化特征以及异常偏高成因进行了探讨,分析结果表明:近30年,渤黄海沿海2月份海平面呈现明显的上升趋势,2009年和2010年2月份的海平面达到近30年的高值,冬季高海平面导致全年平均海平面偏高。近两年2月份海平面处于多个长周期振动的高位重合期,各振幅叠加的结果近100 mm,对海平面起了明显的抬升作用。高海平面使得辽宁、河北以及山东等沿岸地区的海水入侵距离和土壤盐渍化程度均有所增加,海岸侵蚀加重;上海在2009—2010年连续2年2月份发生了近年较严重的咸潮入侵。2009年和2010年2月份,气压较常年同期显著偏低,冬季季风显著偏弱,是海平面上升的主要原因之一。     

福建沿海年平均海平面年际、年代际变化特征及预测

利用福建沿海4个验潮站实测潮位资料,在分析实测资料变化趋势的基础上,采用谱分析的方法分析年平均海平面的变化趋势,得到了4个站年平均海平面变化模型,并对未来50年福建沿海的海平面上升趋势进行预测。