西太平洋暖池热含量变化与东亚冬季风关系

利用 1955-2003 年 NCEP\NCAR 再分析资料和美国 Scripps 海洋研究所环境数据分析中心 ( JEDAC ) 提供的冬季热含量资料,采用小波分析、相关及合成分析等方法, 分析了西太平洋暖池热含量变化特征及其与东亚冬季风关系.结果表明,西太平洋暖池热含量与东亚冬季风有着非常密切的联系,当西太平洋暖池热含量异常偏高时,对流层低层在菲律宾及以东洋面形成一个异常的气旋性环流,中国大陆上空形成一个异常的反气旋性环流,从而使得东亚冬季风在东南区加强,西北区减弱.     

西太平洋暖池海域热含量场的变异及其影响

基于 1 95 5— 1 999年间太平洋月平均海温资料 ,利用经验正交函数 (EOF)分解法 ,研究了西太平洋暖池海域 ( 1 2 0°E— 1 60°W ,1 8°N— 1 6°S)热含量场的时空变化 ,并分析了该海域东、西区热含量变化与南方涛动、副热带高压及ENSO的关系。结果表明 ,暖池海域热含量场主要包括年变化型、年际变化型和年代际变化型三个模态 ,其主要变化周期依次为 1 .0、3.6和 1 3.7年。相关和合成分析表明 ,暖池东、西区热含量的变化均与南方涛动、副热带高压和ENSO循环有十分密切的关系。     

西太平洋暖池热含量时频特征的区域性

根据1955-1999年间的JEDAC月平均海温资料，利用Morlet小波变换方法，对西太平洋暖池东、西代表区热含量的时（间）-频（率）特征进行了分析，并用交叉谱分析方法探讨了两海区热含量间的耦合振荡，结果表明，暖池热含量的时频特征具有明显的区域性，即暖池东、西区热含量的年际和年代际变化都是反相的，且其年际变化的时频特征有较大差异，暖池东、西区热含量间主要存在着年际（43个月）和年代际（172个月）时间尺度的反位相耦合振荡。     

西太平洋暖池海域上层海洋热盐含量初步研究

基于2001年1月～2014年7月期间的Argo温盐剖面资料,利用循环平稳经验正交函数（CSEOF）分解、最大熵谱分析和相关分析等方法,研究了西太平洋暖池海域上层海洋热盐含量的空间分布、季节和年际变化特征,并探讨了其影响机制。结果表明,暖池海域近表层与次表层热含量逐年变化呈反位相变化模态,同样盐含量变化趋势也不尽相同。无论热含量还是盐含量,都存在着明显的季节和年际变化。CSEOF分析表明,暖池海域热含量第一模态空间场具有显著的东—西反相位年际振荡,盐含量第一模态则呈正-负-正的三极子模态,但时间序列显示,热含量在2007年以后经过3次位相调整,而盐含量2007年以后只经过一次位相调整,且这种年际变化都与ENSO事件有关,且热含量相比于盐含量受ENSO影响更大。El Niño期间,暖池海域西部热含量减少, 东部增加,La Niña期间则相反;研究海域南北部盐含量在El Niño期间增加,中部（暖池高温中心）减少,La Niña期间则相反;进一步分析表明,热含量变化主要受到局地风场以及纬向流的影响,而盐含量变化则受淡水通量和纬向流的影响。     

南海夏季风爆发与西太平洋暖池区热含量及对流异常

利用1955～1998年逐月的上层海洋热含量资料和NCEP/NCAR再分析资料,研究了南海夏季风爆发与热带西太平洋暖池区热含量异常的关系,并对影响过程进行了探讨.结果表明:(1)热带西太平洋暖池区是热带上层海洋热含量变化最大的区域,暖池区的热含量的变化与ENSO关系密切,是ENSO循环的重要组成部分,也是影响南海夏季风爆发最明显的地区.(2)南海夏季风爆发与前期(特别是前期冬、春季)暖池热状态的变化有密切关系,当前期暖池热含量高时,南海夏季风爆发早,反之爆发晚,这与由暖池变化所产生的上空大气的对流活动密切相关;4月暖池区热含量高(低)是预报南海夏季风爆发早(晚)的一个很好指标.(3)西太平洋暖池区热含量正异常时,辐散中心位于南海—西太平洋,对流强,西太副高弱且位置偏东,季风环流(印度洋纬向环流和经向环流)和Walker环流为正距平环流;正距平的季风环流有利于低空西到西南气流的加强,南海夏季风爆发早,反之爆发晚.由暖池变化所引起的大尺度季风环流和Walker环流的异常变化可能是影响南海夏季风爆发的一个重要动力机制.     

TOGA COARE IOP期间西太平洋暖池海域的热状况

利用 TOGA COARE IOP期间“向阳红五号”调查船在 2°S、 1 55°E附近进行的 3个航段的多项目综合性科学考察资料 ,对西太平洋暖池海域的热状况进行了分析。结果表明 ,在 TO-GA COARE IOP期间 ,西太平洋暖池海域的热状况具有 El Nino事件发生前的特征。对航段平均来说 ,暖池深度、海洋上层混合层深度和海面至 2 60 m水层的平均温度 ,均是逐航段递次减小的。这种 El Nino事件发生前的热状况特征是该海域海表盛行风向转为西风 ,东向流加强 ,暖水流失的结果。此外 ,在航段内各热状况要素也存在由局地海气耦合性变化造成的数天至十多天尺度的变化。     

山东夏季降水与西太平洋暖池区海洋热状态及夏季风异常

山东省东接太平洋，西连欧亚大陆，受海洋和大陆的影响，季风气候特点相当显著，常导致严重旱、涝灾害。山东全年降水主要集中在夏季，6~8月降水占全年降水的60%以上。其原因主要是受西太平洋副热带高压和夏季风活动的影响。副热带高压的增强和北伸与梅雨锋的位置和强度变化对山东夏季降水有直接作用，其夏季降水的年际变率较大，是旱、涝频发的省份。 我国旱涝变化与太平洋海洋热状况有着极为密切关系(翁学传等，1994)。El Nino现象对气候的影响更加引起了海洋气象学家对海洋变化的高度重视。他们分析了El Nino现象和太平洋海表温度(SST)与山东夏季降水的关系(如:奚秀芬，1988；卢金墀，1982；张苏平等1999)，但对比降水分布发现无论是 El Nino发生的当年还是次年，降水距平百分率的零线均从山东中部通过。我国夏季降水主要受三种类型雨带控制。由于山东处于一类雨带(华北多雨)和二类雨带(江淮多雨)的转换地带，近40年的降水资料分析表明，三种类型雨带在山东夏季降水正、负距平年出现率几乎均等。因此，山东夏季降水的变化有其特殊性，需要从多方面进行研究。 西太平洋暖池是全球海温最高的海域，也是全球海气能量交换总量最大的区域。它的存在和变化对北半球夏季气候异常有着重要作用。西太平洋副热带高压的变化与西太平洋暖池面积大小有密切关系(李万彪等，1998)，20世纪70年代末以来的西太平洋副高增强也与这一时期暖池的跃变有关(赵永平等，2002)，暖池及其上空的对流活动的异常影响着西太平洋副高的变化和我国雨带的位置(黄荣辉等，1992，1994)，由此所激发的大气遥相关波列可波及西欧和北美。最近的研究也表明，冬、春季暖池区热含量的变化对南海夏季风爆发早、晚有重要影响(Chen et al.，2001)。当西太平洋暖池区海洋热含量高时，南海夏季风爆发早，反之则爆发晚。这对我国夏季季风雨的变化研究有重要意义，而且也必将对山东夏季旱涝产生重要影响。 本文作者通过对山东夏季降水资料的分析，对山东夏季降水时空变化及其与西太平洋暖池区域海洋热状态及副热带环流和夏季风变化的关系和影响的可能过程进行了探讨。     

西太平洋暖池热盐结构温度场的时空变化

基于1950-2011年间热带太平洋月平均温盐度资料,以28°C等温线作为暖池的定义标准,分别计算了暖池区(20°N-15°S,120°E-140°W)各网格点混合层、障碍层和深层的平均温度,从而构成了暖池热盐结构的温度场。据此,运用EOF分析法研究了暖池混合层、障碍层和深层温度距平场的时空变化特征,并探讨了纬向风、纬向流和海面净热通量等要素对这3层温度场主要模态的影响。结果表明,第一模态揭示了暖池中东部3层温度都具有显著的年际变化和长期变化趋势,并在1985年前后经历了一次气候跃变,而第二模态则基本反映了暖池西部3层温度皆存在着明显的年际变化和长期变化趋势,并在1995年前后经历了一次气候跃变。暖池混合层(包括障碍层)温度场前两个模态的年际振荡主要是由纬向风和南赤道流(SEC)共同引起的,而暖池深层温度场前两个模态的年际振荡则是由SEC和赤道潜流(EUC)共同调制的。     

西太平洋暖池和东太平洋暖池变异对ENSO的联合影响

基于热带太平洋SST和850 hPa风资料,分析了西太平洋暖池东界和东太平洋暖池南界的年际和年代际变异,并探讨了赤道太平洋纬向风异常对西太平洋暖池纬向运移的驱动作用以及热带东北太平洋经向风异常对东太平洋暖池经向变动的影响。在此基础上,研究了西太平洋暖池和东太平洋暖池变异对ENSO循环的联合影响,并提出了一个联合影响指数。结果表明,当联合指数为1.6时,有可能出现一次新的El Nino事件。这为ENSO的形成和演变机制研究提供了一个新的线索。     

热带西太平洋暖池域次表层水热含量变化及其与我国东部汛期降水和副高的相关关系

热带西太平洋暖池是太平洋中海气相互作用最活跃的海区之一,它在全球气侯变化中起着极为重要的作用。 热带西太平洋暖池幅员广阔,占全球热带海洋面积的35%-45%。它是全球大洋表面水温(SST)最高的海域,其SST终年都高于28℃。Andow(1987)的研究表明,暖池域次表层(50-300m)海水温度的变化较表层明显,其年际变化的标准偏差可达3-4℃。邹娥梅等(1991)指出,热带西太平洋海域次表层海水的热状况具有较好的指标性。因此研究热带西太平洋暖池域次表层水热状况的变化,对于阐明热带西太平洋暖池与东亚气候异常,特别是对我国旱涝的影响具有重要意义。     

西太平洋暖池表层暖水的纬向运移

基于1950～2000年太平洋月平均SST资料,运用Morlet小波分析等方法研究了西太平洋暖池表层暖水的纬向运移特征.结果表明:暖池表层暖水纬向运移的年际(2～8a)和年代际(10～16a)变化都非常明显;表层暖水的纬向运移于1982年前后经历了一次气候跃变,跃变后暖水东界的平均位置比跃变前东移了10个经度;表层暖水的纬向运移对ENSO暖(ElNiño)、冷(LaNiña)事件的形成和发展具有直接的作用.     

西太平洋暖池区域热通量变化及其与南海夏季风爆发的关系

利用卫星遥感资料反演出的海洋大气参数,应用目前世界较为先进的通量算法(CORAER 3.0),计算了西太平洋区域海-气热通量(感热通量和潜热通量)。首先分析了海-气热通量的多年平均场和气候场变化的基本特征,以及年际和年代际变化特征;进而对其与南海夏季风爆发之间的关系进行了初步探讨。结果表明,西太平洋海-气热通量具有明显的时空分布特征,感热通量的最大值出现在黑潮区域,潜热通量的最大值出现在北赤道流区和黑潮区域。在气候平均场中,黑潮区域的感热通量和潜热通量最大值均出现在冬季,最小值出现在夏季;暖池区域感热通量除了春季较小外,冬、夏和秋季基本相同,而潜热通量最大值出现在秋、冬季,最小值出现在春、夏季。另外,海-气热通量还具有显著的年际变化和年代际变化,感热通量和潜热通量均存在16 a周期,与南海夏季风爆发存在相同的周期。由相关分析可知,4月份暖池区域的海-气热通量与滞后3 a的南海夏季风爆发之间存在密切相关关系,这种时滞相关性,可以用于进行南海夏季风爆发的预测,为我国汛期降水预报提供科学依据。基于以上结论,建立多元回归方程对2012年的南海夏季风爆发进行了预测,预测2012年南海夏季风爆发将偏晚1～2候左右。     

西赤道太平洋暖池区光合色素分布及其对浮游植物群落的指示作用

利用光合色素的生物标志性可以在"纲"水平上表征浮游植物群落结构。依托大洋科学考察第20航次和21航次,通过对西赤道太平洋不同区域5个站位的HPLC藻类色素分析及CHEMTAX程序因子分析,获取了暖池区光合色素及浮游植物群落的垂直分布信息。结果显示在寡营养的暖池区,玉米黄素(Zeaxanthin)及乙二烯叶绿素a(DV Chl a)与叶绿素a浓度呈显著的正相关,浮游植物群落结构以蓝细菌、原绿球藻及定鞭金藻为优势藻纲,按对生物量的贡献率原绿球藻大于蓝细菌大于定鞭金藻的。蓝细菌和原绿球藻分布在真光层不同深度,而在营养盐丰富的次表层优势浮游藻类为定鞭金藻。     

Phylogenetic analysis of bacterial community in deep-sea sediment from the western Pacific “warm pool”

A depth profile of bacterial community structure in one deep-sea sediment core of the western Pacific ＂warm pool＂ （WP） was investigated and compared with that in a sediment sample from the eastern Pacific （EP） by phylogenetic analysis of 16S rDNA fragments. Five bacterial 16S rDNA clone libraries were constructed, and 133 clones with different restriction fragment length polymorphism （RFLP） patterns were sequenced. A phylogenetic analysis of these sequences revealed that the bacterial diversity in a sample from the WP was more abundant than that in the EP sample. The bacterial population in the sediment core of WP was composed of eight major lineages of the domain bacteria. Among them the γ-Proteobacteria was the predominant and most diverse group in each section of WP sediment core, followed by the α-Proteobacteria. The genus Colwellia belonging to γ-Proteobacteria was predominant in this sample. The shift of bacterial communities among different sections of the WP sediment core was δ-, ε-Proteobacteria, and Cytopahga-Flexibacteria-Bacteroides （CFB） group. The ratios between them in the bacterial communities all showed inversely proportional to the depth of sediment. The sequences related to sulphate reducing bacteria （SRB） were detected in every section. The bacterial community structure in this sediment core might be related to the environmental characteristics of the surface seawater of the western Pacific WP.     

西太平洋暖池核心区MIS 7期以来的古生产力变化:类ENSO式过程的响应

对取自热带西太平洋暖池核心区的WP7岩心进行了底栖有孔虫和钙质超微化石研究。在利用氧同位素曲线对比和AMS14C测年数据进行地层划分的基础上,依据底栖有孔虫和钙质超微化石指标,分析了距今近250ka以来区域生产力和上层海水结构的演变特征,探讨了其控制因素和所指示的古海洋学意义。计算结果显示WP7岩心所在的暖池核心区约在距今250ka以来初级生产力在冰期(MIS6期、4期和2期)高,在间冰期(MIS7期、5期、3期和1期)低,表明该区古生产力在长的轨道时间尺度上受北半球高纬度冰量变动的影响。钙质超微化石下透光带属种Flori-sphaera profunda百分含量指示的温跃层深度变化表明冰期温跃层浅、间冰期温跃层加深,这说明类ENSO式变化导致的冰期—间冰期温跃层深度波动可能是MIS7期以来暖池核心区古生产力在冰期高而在间冰期显著降低的直接控制因素。     

热带西太平洋海域上层海洋热含量的CSEOF分析

基于月平均Argo温、盐度剖面、纬向风和Ni o3.4指数等资料,利用循环平稳经验正交函数(CSEOF)分解法、最大熵谱分析和相关分析等方法,研究了热带西太平洋海域上层(0—700m)海洋热含量的时空变化特征,并探讨了其年际变化的可能原因。结果表明,热带西太平洋海域上层海洋热含量距平场具有显著的东-西向反位相振荡,且这种振荡除了具有较明显的季节变化外,还存在着较强的准2a振荡。此外,热含量距平场还存在着负-正-负的三极式经向模态,该模态除了具有明显的季节变化外,还存在着显著的准4a振荡。进一步分析表明,热含量的准2a振荡与ENSO事件的发生有着非常密切的联系,并对赤道西太平洋纬向风异常有1—2月的滞后响应。     

赤道行星波对西赤道太平洋暖池热传播的作用

利用热带海洋和全球大气试验(TOGA)期间(1980～1996年)热带大气海洋观测阵(TAO)的长期浮标资料,分析了赤道行星波对西赤道太平洋暖池热传播的作用。结果表明,西赤道太平洋暖池纬向热传播主要出现在次表层水体中,并沿温跃层向东传播;而向西传播的季节热结构变化主要出现在中、西赤道太平洋的混合层中;驻波型传播在西赤道太平洋主要出现于温跃层,在中赤道太平洋主要出现于混合层和温跃层,在东赤道太平洋主要出现于混合层。在平均条件下,赤道太平洋上层水温纬向热传播信号以驻波型和东传型较强,西传型较弱。赤道Kelvin波压力分量贯穿西、东赤道太平洋并向东输送暖池热能,纬向流分量的热输送主要出现在西赤道太平洋;Rossby波压力分量的热输送主要出现在东、中赤道太平洋;混合Rossby重力波激发纬向流的热输送作用比相应温跃层扰动强。在平均条件下,赤道太平洋上层水温的驻波型变化制约了西赤道太平洋暖池热量的持续向东输送,因此形成了赤道太平洋水温的正常季节变化形态。当水温的驻波型变化减弱而东传型变化加强时,随后将形成厄尔尼诺现象。     

赤道东太平洋和印度洋-南海暖池海温场的协同作用对西太平洋副热带高压的影响

本文应用Hadley Center提供的全球最新海表温度资料,分析探讨了赤道太平洋和印度洋-南海(简称印-南)暖池区域海表面温度异常(SSTA)与西太平洋副热带高压(简称副高)变化的关系,结果表明,赤道东太平洋SSTA和印-南暖池区域SSTA对副高的影响存在明显的时空分布差异,它们二者对副高变化存在协同作用的影响。前者对副高的影响始于超前一年的春季,持续到当年的春季。后者则始于前冬,持续到当年的夏季。赤道东太平洋SSTA对副高的影响主要通过对经向环流影响所致,印-南暖池区域SSTA对副高影响的主要途径是通过经向环流和水汽输送,前者主要体现在对对流层中低层经向Hadley环流的影响,而后者主要体现在对对流层低层经向季风环流及其伴随的水汽输送的影响,它们二者对副高的影响机理存在不同。作者提出了赤道东太平洋和印-南暖池区域SSTA对副高存在协同影响作用,并通过最优子集回归分析,建立了副高异常变化的预测模型,对2015年5-8月副高强度进行了预测,其结果是5-8月的副高强度较常年偏强,扣除超强台风的影响,预测结果正确,由此可以认为,本文建立的预测模型是可靠的。这一工作的特点是强调了赤道东太平洋和印-南暖池的协同作用对副高持续性的影响,为副高异常变化及其降水的预测提供更为可靠的依据。