基于卫星遥感的南海海域POC浓度时空变化特征研究

海水中颗粒有机碳(POC)是海洋碳循环的基本变量,在海洋碳循环研究中起着关键作用。根据2003—2020年南海区域遥感数据反演的POC数据集,分析了南海海域POC浓度时空变化规律。研究结果表明:在整个研究区POC的年平均浓度变化范围为76.98~83.91 mg/m^(3);POC浓度分布呈现出近岸高、远海低,主要原因为南海近岸浅水海域POC浓度主要受陆源输入和沿岸流影响,远海区域内POC浓度主要受南海环流和水团控制。在季度上,第1—4季度POC浓度平均值为89.62,72.90,79.22,84.86 mg/m^(3);总体上POC浓度呈现出夏季低、冬季高的趋势,主要原因为南海受到冬季的东北季风和夏季的西南季风影响,影响到南海海水混合层的结构变化,浮游植物在冬季比夏季更为繁盛。在月尺度上,1月POC浓度平均值达到最高值;2—4月POC浓度平均值快速下降,5月POC浓度平均值达到最低值;6—12月POC浓度平均值开始缓慢上升。以上研究结论可为南海碳循环、政府碳达峰、碳中和及应对气候变化等提供决策依据。     

基于卫星遥感数据的南海海域真光层POC输出效率分布特征

海水中颗粒有机碳(POC)是海洋碳循环的基本变量,真光层POC输出效率在海洋固碳中起关键作用.根据2003-2018年南海区域遥感数据反演的真光层POC输出效率数据集,分析了南海海域真光层POC输出效率时空变化规律.结果表明,研究区内POC输出效率多年平均值为0.08,其在空间上分布呈现近岸高、海盆低的特征,年平均PO...     

南海卫星遥感海表湍流热通量资料的评估

利用现场观测资料、OAFlux的湍流热通量,评估了JOFURO（Japanese Ocean Flux Data Sets with use of Remote Sensing Observations）、HOAPS-2（Hamburg Ocean Atmosphere Parameters and Fluxes from Satellite data version 2）、GSSTF-2（Goddard Satellite-Based Surface Turbulent Fluxes version 2）3种卫星资料在南海区域的表现。3套卫星资料可以说各有千秋,总体而言JOFURO和GSSTF-2资料的空间分布和时间变化与OAFlux资料整体上较一致,但是这两套资料都在很大程度上低估了海盆平均的潜热和感热,前者低估约10%~20%,后者则可以达到50%以上。HOAPS-2资料与现场观测资料有较好的一致性,但在时间变化上和其他资料的差异则较大,特别是感热方面,季节变化振幅、年际变化位相等都与其他资料不一致。通过比较我们发现,海南岛周边以及南海南部区域估算的潜热和感热释放偏小是造成整体偏小的主要原因。     

基于卫星遥感的南海海-气CO2通量研究

海洋是地表环境中最重要的碳库,准确估算CO2在海洋与大气之间的交换对于进一步阐明其变化过程机理具有重要意义。利用南海2011—2020年的海温、风速、海平面气压等多种遥感反演数据,基于海-气分压差算法,构建了海-气CO2通量遥感估算模型,并分析其时空变化特征。结果表明：（1） 遥感估算模型在整个南海海域具有较好的通用性,对比实测区域数据,估算结果的平均绝对误差和均方根误差分别为1.04和1.37 mmol/(m2·d);对于源汇区的识别准确率达到90.63%。（2） 南海总体表现为弱碳源,CO2通量的季节变化呈现出夏秋季高、冬春季低的特征,夏季和冬季分别为全年最高和最低。空间分布特征为南北部差异大。碳汇高值区始终位于北部,且冬季为强碳汇,而碳源高值区夏季出现在中南半岛东南部,秋季则转移到南海东北部。（3） 南海三种典型区（北部陆架陆坡、中部海盆、南部陆坡）的CO2通量随时间推移均呈现降低的趋势,且北部下降速度最快。2011—2020年,南海年均向大气净释放碳1.51×107 t,但其碳释放量呈降低趋势,降低速度为2.03×106 t/a,南海总体的“碳源”强度有所减弱。研究结果可为制定碳排放及碳交易政策提供科学参考。     

南海地区热通量的时空变化特征

本文利用美国 NCEP1958-1998 年高斯网格月平均再分析资料,分析了南海及周边地区(0～20°N,100～125°E)热通量(包括潜热通量和感热通量)的时空变化,结果表明该潜热通量、感热通量具有明显的季节转换特征.南海中部海区是潜热通量、感热通量季节变化最剧烈的关键区,南海季风对潜热、感热输送均有影响,并且蒸发潜热输送大于感热输送.EOF 分析表明,风速对潜热、感热输送贡献较大,另外气温和相对湿度对潜热输送有贡献,而水温与气温差对感热输送有贡献.整个南海地区潜热通量、感热通量具有明显的年际变化特征,潜热通量存在5～8 a 以及 2 a 左右的周期振动,而感热通量只有 5～8 a 的周期振动.     

秋季珠峰复杂地形下地表能量通量卫星遥感研究

依据目前较为成熟的地表能量通量遥感参数化方案,利用2006年9～10月珠峰地区秋季近地面大气梯度实测资料,结合中分辨率成像光谱仪MODIS卫星资料,遥感估算了包括珠峰地区在内的青藏高原南部地区地表能量通量的空间分布情况.结果表明:地表净辐射峰值约为420.0 W·m-2,介于200.0～620.0 W·m-2之间;地热通量峰值约为110.0 W·m-2,介于50.0～180.0 W·m-2之间;感热通量峰值约为270.0 W·m-2,介于120.0～280.0 W·m-2之间;潜热通量峰值约为90.0 W·m-2,介于0.0～250.0 W·m-2之间.由此可见,在高原季风期后的秋季,该地区白天地面加热场主要通过感热传输加热大气,地气之间水汽传输耗热是地表净辐射平衡中的小量.     

一种基于整层水汽通量的南海夏季风爆发指数

利用1951～2000年的NCEP/NCAR逐日再分析风场、比湿和海平面气压资料,得到南海区域的整层水汽通量。根据南海夏季风爆发前后水汽通量的特征分析,定义了南海夏季风爆发指数IVIMT,并确定出1951～2000年南海夏季风的爆发日期。通过分析发现,利用该指数可以合理地确定南海夏季风的爆发时间。     

1998年南海季风爆发期间近海面层大气湍流结构和通量输送的观测研究

1998年5月14日至6月22日,在西沙永兴岛近海铁塔上进行了一次海-气通量观测试验,观测期包括了西南季风爆发前、爆发、爆发后风速加强等几个阶段。这次试验获得该年西南季风爆发的天气特征以及由涡度相关法、廓线法计算的动量、感热、潜热通量及湍流强度等一些统计量分布。分析结果表明,观测期湍流强度σu、σv、σw与平均风速之比为0.096、0.066、0.045;在近中性条件下（z/L≈0）,各相似函数基本为常数,σu/u＊≈3,σv/u＊≈2,σw/u＊≈1.25;在稳定条件下u、v、w三方向σ/u＊近似相等;在稳定与不稳定条件下σt/t＊随稳定度参数z/L的变化趋势相似,但符号相反。摩擦速度u＊随风速的变化接近于关系式u＊=0.029U10+0.006（U10为10m高度30min平均风速）,空气动力粗糙度长度z0变化在0.01～0.35mm之间。观测期动量通量变化在0.05～0.30N/m2之间,季风爆发期明显增大;曳力系数CD平均为1.12×10-3,它随平均风速变化可以表示为关系式103CD=0.003U210+0.020U10+0.836或103CD=0.056U10+0.732。感热通量由海洋输向大气,平均值为7.8W/m2,数值在0～15W/m2之间变化,季风爆发后明显增大;潜热通量数值一般变化于50～200W/m2,白天中午数值较高,夜间较低。季风爆发后也明显增大。观测期间鲍恩比（BowenRatio）日平均为0.05左右。     

南海西南季风爆发前后海-气通量交换系 数研究

动量交换系数(CD)、感热交换系数(CH)和潜热(或水汽)交换系数(CE)是气候模式中参数化海-气通量必需的参数,不同地区、天气、海况的试验中计算结果各异。文章利用2002年4月24日至6月20日在西沙海区进行的第3次南海海-气通量观测试验资料,使用涡旋相关法和TOGA COARE2.5b版本通量计算方案,计算了西南季风爆发前后海-气界面动量、感热通量、潜热通量等的湍流交换系数,讨论了各通量交换系数的变化特征及其与气象要素变化的关系。结果表明:西南季风爆发前后,随着风向、风速、云量、降水、湿度及海面状态等变化,通量交换系数也发生变化:中性条件动量交换系数(CDn)在季风爆发前数值略小,季风爆发后数值增大;中性条件感热交换系数和潜热交换系数(CHn,CEn)对天气变化的反应不够敏感。动量交换系数主要受风速影响,但在不同风速区间相关关系有异。(CH)与海-气温差呈现正相关关系,和气温有明显的负相关关系。CE与风速的关系密切,但当风速>12 m/s,CE随风速的变化趋向一个稳定值。另外当海-气温差大约<2℃时,CE随着海-气温差增大相应增大,反映了通量交换系数不仅与风影响下的下垫面特性有关,而且还与稳定度参数有关。各通量交换系数与气象要素变化的关系可以拟合为多项式或者简单的线性关系式。     

基于MODIS遥感资料监测南海白天雾

根据现有雾遥感监测理论,采用多通道阈值判识法,基于MODIS资料进行南海白天雾监测。该方法利用MODIS的1、2、18、20、31通道数据,分离云、雾、海表的相关信息。满足RB1<20%、RB2<20%、RB1>RB2的象元判识为海表;满足RB1>55%、RB2>55%、TB31<273 K的象元判识为中高云;海雾和低云的分离指标IFC>20的象元判识为海雾。利用2011年1—4月广东沿海海雾实地观测结果对该方法进行验证,在13个样本数据中,有9个样本的卫星监测结果与地面观测结果一致,有3个样本地面观测有雾但卫星监测为低云,1个样本地面观测有雾但卫星监测为晴空洋面。主要是因为MODIS资料本身对云雾不具备穿透性,算法设计时只能假设单一视场中只有一层云雾,对于无云覆盖的雾区较易识别,但对于被云覆盖的雾区则只能将其判识为云区,但总体来说,该监测模型是有效的、可行的。      

基于遥感蒸散量的我国干旱特征研究*

为掌握我国不同地区降水与蒸散平衡状况,深入理解干旱发生特征,使用MODIS反演的地表实际蒸散量与气象站点降水观测数据,对我国干旱特征进行了分析。结果表明,我国年平均蒸散量为530 mm,从华南的1 000 mm左右向西北、东北200～400 mm的区域递减。潜在蒸散南北、东西的空间分布差异程度小于实际蒸散。降水蒸散差与降水充沛月比例的时空分布相似,夏季,我国降水资源最为充沛,大部分地区降水蒸散差100 mm,降水充沛月比例普遍在80%以上;其他季节易发区域性干旱。春季,华北大部分、东北地区东南部降水蒸散差也为正值,但降水充沛月比例不足40%。秋季华南地区降水蒸散差-100 mm,比例40%。冬季,除东南部部分地区外,我国大部分地区降水蒸散差普遍为负值,降水充沛月比例20%。1961—1989年与1990—2018年降水充沛月比例对比发现,我国中部和西南部部分区域降水充沛月比例存在下降趋势,而北疆、东北和东南部局部地区存在上升趋势。     

Intraseasonal variability of latent-heat flux in the South China Sea

Intraseasonal variability (ISV) of latent-heat flux in the South China Sea (SCS) is examined using 9 years of weekly data from January 1998 to December 2006. Using harmonic and composite analysis, some fundamental features of the latent-heat flux ISVs are revealed. Intraseasonal latent-heat flux has two spectral peaks around 28–35 and 49–56 days, comparable with the timescales of the atmospheric ISV in the region. Active monsoon is clearly correlated with positive and negative phases of the ISV of latent-heat flux in the SCS. The characteristics of the intraseasonal latent-heat flux variations in summer are remarkably different from those in winter. The amplitudes of significant intraseasonal oscillations are about 35 and 80 W?m^?2 during summer and winter monsoons, respectively. In summer, the intraseasonal latent-heat flux perturbations are characterized by slow eastward (about 1° latitude/day) and slower northward (about 0.75° longitude/day) propagations, probably in a response to eastward and northward propagating Madden-Julian oscillations (MJOs) from the equatorial Indian Ocean. In contrast, the perturbations appear to remain in the northern SCS region like a quasi-stationary wave in winter. In summer, the intraseasonal latent-heat flux fluctuations are highly correlated with wind speed. In winter, however, they are primarily associated with winds and near-surface air humidity. In addition, the intraseasonal SST variation is estimated to significantly reduce the amplitude of the intraseasonal latent-heat flux by 20% during winter.     

南海海温异常影响南海夏季风的数值模拟研究

采用p－σ九层区域气候模式(p－σRCM9）模拟并研究了南海海温异常对南海夏季风的影响, 数值模拟结果表明, 5月份的南海海温对南海夏季风的爆发日期起关键作用: 5月份南海海温持续增温 (降温）, 南海夏季风爆发日期偏早 (偏晚）。南海夏季风爆发后, 南海异常增温, 同期的南海夏季风增强, 而后期的南海夏季风减弱; 南海异常降温, 则与之相反。机制分析表明, 南海海温正(负)异常增强(减弱)了海面与行星边界层之间的能量交换, 主要是潜热通量的输送, 并在大气中通过积云对流加热率的变化来影响对流层热量的分布, 进而引起对流层中低层辐合和高层辐散的变化, 然后使得环流场和风场作出相应地调整, 环流场和风场又会反过来影响积云对流加热率的变化, 这是一个正反馈过程。在5月份南海增温(降温)强迫下, 5月份南海地区的对流活动加强(减弱）, 使得对流层低层副热带高压提前(延后)撤出南海, 从而有利于南海夏季风爆发偏早(晚）。在南海海温异常强迫下, 中国东南部和南海地区的降水率异常主要是由积云对流所产生的降水率异常引起。     

Indo-Pacific remote forcing in summer rainfall variability over the South China Sea

This study investigates summer rainfall variability in the South China Sea (SCS) region and the roles of remote sea surface temperature (SST) forcing in the tropical Indian and Pacific Ocean regions. The SCS summer rainfall displays a positive and negative relationship with simultaneous SST in the equatorial central Pacific (ECP) and the North Indian Ocean (NIO), respectively. Positive ECP SST anomalies induce an anomalous low-level cyclone over the SCS-western North Pacific as a Rossby-wave type response, leading to above-normal precipitation over northern SCS. Negative NIO SST anomalies contribute to anomalous cyclonic winds over the western North Pacific by an anomalous east–west vertical circulation north of the equator, favoring more rainfall over northern SCS. These NIO SST anomalies are closely related to preceding La Niña and El Niño events through the “atmospheric bridge”. Thus, the NIO SST anomalies serve as a medium for an indirect impact of preceding ECP SST anomalies on the SCS summer rainfall variability. The ECP SST influence is identified to be dominant after 1990 and the NIO SST impact is relatively more important during 1980s. These Indo-Pacific SST effects are further investigated by conducting numerical experiments with an atmospheric general circulation model. The consistency between the numerical experiments and the observations enhances the credibility of the Indo-Pacific SST influence on the SCS summer rainfall variability.     

Long-range transport of particulate polycyclic aromatic hydrocarbons at Cape Hedo remote island site in the East China Sea between 2005 and 2008

Particle-associated polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in outflow from East Asia were observed at Cape Hedo, Okinawa, Japan between 2005 and 2008. The filter samples of the total suspended particles were analyzed by means of gas chromatography-mass spectrometry. The total concentration of fourteen 3–7-ring PAHs was 0.01–24 ng m^?3 (average 1.6 ng m^?3). The average PAH concentration increased in the winter-spring season and decreased in the summer-fall season. The average benzo(a)pyrene to benzo(e)pyrene ratio was 0.49 in the winter-spring season and was lower than the literature values for East Asian cities in the same season. This result shows that aging of organic aerosol particles proceeds during long-range transport from East Asia. In the Asian Pacific region, these pollutants are transported from East Asia in the winter-spring season, whereas clean air mass is transported from the Pacific Ocean in the summer-fall season.     

南海秋雨气候特征分析

用台站观测逐日降水资料和热带测雨卫星观测降水资料,对我国南海地区降水季节演变特征分析发现,与我国大部分地区不同,南海地区降水季节峰值是在秋季,主要集中在8～10月,且降水量年际变化大。环流场的合成分析表明,南海地区秋季中层500 hPa有利的副高位置和低层低压系统的活动和维持是形成这一地区显著秋雨的主要原因。而由于副高的位置受热带太平洋海温影响较大,分析发现Niño3.4的海温指数对该区域降水有很好的指示意义。8～10月Niño3.4指数和同期海南岛站点平均降水量之间的相关能够达到－0.47,超前3个月 (即5～7月)的Niño3.4指数与8～10月海南岛站点平均降水量的相关亦能达到－0.43。从跨季度气候预测的角度来考虑,5～7月的Niño3.4指数可以作为预测8～10月南海秋雨的重要参考指标。     

基于涡度相关法的中国农田生态系统碳通量研究进展

农田生态系统是受人为活动强烈控制和干扰的系统,对其碳源/汇的评价是全球碳循环研究的热点.首先概括了以涡度相关法为手段的中国农田生态系统碳通量的研究进展,重点总结了中国农田生态系统碳通量的时间变化、驱动机制和模型模拟等方面的研究成果,并在此基础上对今后中国农田生态系统碳通量研究提出了建议,认为长期观测与研究、多因子协同作用、模型开发与尺度推绎、数据质量监控和评价是今后研究的重点方向.     

上海中心城区二氧化碳通量特征分析

利用位于上海中心城区徐家汇站的涡动相关湍流通量资料,对该区域2012年12月至2013年11月二氧化碳（CO₂）通量的时间变化、空间分布特征、年总排放量进行分析。结果表明：中心城区徐家汇为CO₂通量的源区,CO₂通量的日变化呈现与交通流量相对应的双峰现象,冬季的通量值普遍小于其他季节,尤其在早高峰时段更为明显。节假日CO₂通量的早高峰效应并不明显,其峰值明显低于工作日,且有滞后的趋势。各方向CO₂通量大小与其周边下垫面情况密切相关,夏季白天在商业建筑密集区和主要道路处,CO₂通量明显高于其他季节。上海中心城区CO₂通量的年总排放量为44.5 kg/（m²·a）,高于国内外其他城市的市中心或高密度住宅区的数值,这主要和观测时段相对偏晚、植被覆盖率偏低、周边高层建筑和主干道偏多有关。     

Influence of the South China Sea Biweekly Sea Surface Temperature on the South China Sea Summer Monsoon Especially during the Indian Ocean Dipole

The influence of the biweekly sea surface temperature (SST) in the South China Sea (SCS) on the SCS summer monsoon, especially during the Indian Ocean Dipole (IOD) is presented using the Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) Microwave Imager (TMI) SST and rainfall data for April to June from 1999 to 2013. During positive IOD (PIOD) years the biweekly SST anomalies over the SCS lead the rain anomalies by three days, with a significant correlation (r?=?0.8, at the 99% confidence level), whereas during negative IOD (NIOD) years, the correlation is only 0.2. The biweekly SST is observed to influence the westward and northward propagating rainfall anomalies over the SCS and, hence, affect the SCS summer monsoon, especially during PIOD years. No such propagation was seen during NIOD years. The biweekly intraseasonal oscillation of SST in the SCS results in enhanced sea level pressure and surface shortwave radiation, especially during PIOD years. The potential findings here indicate that the biweekly SST in the SCS is strongly (weakly) influenced during PIOD (NIOD) years. Further, it is observed that SST in the SCS has a strong (weak) effect on the SCS summer monsoon by westward and northward propagation of rainfall, especially during PIOD (NIOD) years. When a PIOD or NIOD exists over the tropical Indian Ocean, the SCS SST will be strongly (r?=?0.6, at the 99% confidence level) or weakly correlated with the residual index, respectively.