一个重构的153年热带太平洋次表层上卷海温资料

次表层上卷海温对改进ENSO(厄尔尼诺-南方涛动,El Ni o-Southern Oscillation)模拟水平及ENSO年代际变化均具有重要作用。利用一个中等复杂程度耦合模式(intermediate coupled model,简称ICM)和Nudging(张弛逼近)同化方法,重构了1856—2008年间热带太平洋地区的次表层上卷海温。统计检验表明,重构的次表层上卷海温与近50年的3种分析资料间具有较高的相关性和较小的均方根误差。此外,通过此重构的次表层上卷海温资料重新驱动ICM模式,模拟得到的海表温度距平(sea surface temperature anomaly,简称SSTA)可以真实地反映出ENSO的年际和年代际变化,表明此重构的次表层上卷海温资料可用于气候研究,特别是用于ENSO的大尺度低频变化或年代际气候变化研究。     

热带太平洋海表二氧化碳分压的时空变化特征及其与物理场间的联系

为研究赤道太平洋海表二氧化碳分压(pCO₂^sw)年际变化的机制,基于中科院海洋所宋金明研究团队于2021年发布的中国首套全球海表二氧化碳分压数据产品,使用相关性分析、经验正交函数(empirical orthogonal function, EOF)分析和奇异值分解(singular value decomposition, SVD)等方法,研究了2005～2019年赤道太平洋pCO₂^sw气候态分布及其去趋势后的年际异常的时空演变特征;结合pCO₂^sw与多种参数的相关性和厄尔尼诺-南方涛动(El Ni?o-Southern Oscillation, ENSO)过程探讨了赤道中西太平洋pCO₂^sw年际异常中心形成的原因。研究结果显示,热带太平洋pCO₂^sw季节变化、年际异常及其EOF第一模态特征向量沿赤道均出现两个中心,其中一个在赤道中西太平洋日界线附近,另一个在赤道中东...     

北印度洋风暴潮特征及其对气候信号的响应研究

北印度洋是我国“海上丝绸之路”的重要通道,其每年热带气旋活动引起的风暴潮等严重威胁着船舶航行安全和沿岸国家人民生命财产安全。分析研究北印度洋风暴潮的特征,对我国经济发展及北印度洋沿岸国家防灾减灾具有重要的现实意义。利用美国联合预警中心(the Joint Typhoon Warning Center, JTWC)公布的1950~2020年热带气旋资料、美国国家海洋和大气管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA)公布的1950~2020年热带气旋资料与1950~2020年的Niño3.4指数、夏威夷大学海平面中心(University of Hawaii Sea Level Center, UHSLC)公布的北印度洋每小时的水位数据进行分析,结果表明:　(1)北印度洋大于1 m的风暴潮主要分布在孟加拉湾北部,少量分布在孟加拉湾其他区域与阿拉伯海; (2)孟加拉湾北部区域的年际最大热带风暴潮(annual maximum tropical cyclone storm surge, AMTSS)与当月Niño3.4指数、南方涛动指数(southern oscillation index, SOI)相关性较高、受厄尔尼诺-南方涛动(EI Niño-Southem Oscillation, ENSO)的影响明显; (3)北印度洋AMTSS月际分布呈现双峰分布,与热带气旋(tropical cyclone, TC)的月际分布基本一致; (4) La Niña期间影响孟加拉湾北部的热带气旋在数量与强度方面均超过El Niño期间影响孟加拉湾的热带气旋,是La Niña期间风暴潮极值大于EI Niño期间风暴潮极值的重要原因。研究表明, AMTSS对ENSO信号的响应可能为AMTSS提供了潜在的可预测性,这对早期预警和减少风暴潮灾害具有重要意义。     

用于厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)研究的海气耦合模式综述：中间型和混合型模式

厄尔尼诺-南方涛动(El Niño-Southern Oscillation, ENSO)是地球气候系统中最强的年际变率信号, 起源于热带太平洋海气相互作用过程, 并对全球的天气和气候等产生显著的影响。过去几十年来, 广泛、深入而细致的海气相互作用研究致力于发展和改进海气耦合模式以用于ENSO模拟和预测, 各种类型的海气耦合模式应运而生。经过半个多世纪的努力, ENSO数值模式及其应用已经取得了巨大进展, 包括已发展了一些高度理想化的概念(concept)模型来解释ENSO准周期性循环(包括正负反馈机制等); 同时也已发展了几类复杂程度不同的海气耦合模式并用于对ENSO的真实模拟和实时预测等研究, 尤其是已能提前6个月或更长时间对ENSO事件的发生和发展等进行有效的实时预测。其中最为复杂的模式是基于原始方程组的大气环流模式(Atmospheric General Circulation Models, AGCMs)与海洋环流模式(Oceanic General Circulation Models, OGCMs)等所组成的环流型耦合模式(Coupled General Circulation Models, CGCMs), 这类模式变量取为完全变量的形式(如总的海表温度场, 其可以分解为气候态部分和年际异常部分), 还考虑了尽可能详尽的物理过程及其参数化方案。中间型耦合模式(Intermediate Coupled Models, ICMs)是一类介于高度理想化概念模型与复杂的环流型耦合模式之间的简化模式, 其对应的控制方程组采用距平形式, 直接取大气和海洋年际异常场作为预报变量(如海表温度年际异常), 而相应的气候平均态部分则由对应的观测资料来给定; 大气与海洋模式间的耦合采用异常耦合(anomaly coupling)。混合型耦合模式(Hybrid Coupled Models, HCMs)是另一类简化的海气耦合模式, 其中海洋或大气模式有一个分量模式采用了简化的距平类模式(类似于ICMs),而另一个分量模式则采用环流型模式(General Circulation Models, GCMs); 如可采用统计的大气风应力年际异常模式与OGCM间的耦合而构建一种HCM_OGCM,也可采用简化的海洋距平类模式(如ICM中的海洋分量模式)与AGCM间的耦合而构建另一种HCM^AGCM。历史上, ICMs、HCMs和CGCMs等这几类耦合模式都在ENSO理论体系的发展、数值模拟和实时预测等方面都起到了重要作用。本文主要回顾作者与合作者所研发的ICMs和HCMs的构建、特点和应用例子等。     

在Zebiak-Cane模式中观测MJO强迫对ENSO可预报性的影响, 第1部分:对最大预报误差的影响

With the observational wind data and the Zebiak-Cane model, the impact of Madden-Julian Oscillation (MJO) as external forcing on El Ni(n)o–Southern Oscillation (ENSO) predictability is studied. The obs...     

南半球热带外气候变量与两种ENSO的联系

This study uses the Climate Forecast System Reanalysis(CFSR) to investigate the responses of the Southern Hemisphere(SH) extratropical climate to two types of El Ni?o–Southern Oscillation(ENSO)—the eastern Pacific(EP) type and the central Pacific(CP) type in different seasons. The responses are denoted by the anomalies of climate variables associated with one-standard-deviation increase in the Ni?o3 or Ni?o4 index. The results show that in austral spring the differences in the ENSO-related anomaly(ERA) patterns of atmospheric circulation between the EP ENSO period(1979–1998) and CP ENSO period(1999–2010) are mainly associated with the change in the ENSO-PSA2 relationship. Such differences affect the ERA fields of surface air temperature and mixed layer temperature, and finally result in significant differences in sea-ice concentration anomalies in the Atlantic sector. In austral summer, significant correlation exists between the variations of SAM and both of the variations of Ni?o3 and Ni?o4 in 1979–1998, while the correlation between SAM and Ni?o4 disappears in 1999–2010. For all seasons, the strength of the climate ERAs depend on if there are close relationship between ENSO and the major climate variation modes of the SH extratropics. For the climate variables, the ERA patterns of surface air temperature are generally controlled by surface wind anomalies and mirrored by the mixed layer temperature anomalies. The mixed layer depth anomalies are primarily modulated by surface heat flux anomalies and occasionally by anomalous wind. There are strikingly strong anomalies of surface heat flux in the autumn of 1979–1998 related to the Ni?o3 variation, the period when there is only significant correlation between ENSO and PSA2. There are no evidence that the SH extratropical climate variability induced by Ni?o3 variations are stronger in the EP-ENSO period, and that variability induced by Ni?o4 variations are stronger in the CP-ENSO period.     

德雷克海峡上层海洋温度的年代际变化

采用经验模分解方法分析了德雷克海峡上层海洋温度的年代际变化特征.结果表明德雷克海峡上层海洋平均温度在1976-1986年以平均每年0.124 ℃的速度下降,而在1987-1998年以每年0.144 ℃的速度上升.与南方涛动指数的年代际时间尺度分量的相关性分析结果表明,热带太平洋海面气压场的变化对德雷克海峡上层海洋温度的年代际变化有一定影响.     

2011年夏季胶州湾表层溶解有机物荧光特征的时空变化

利用三维荧光光谱技术(EEMs)结合平行因子分析(PARAFAC)的方法,对2011年8月至9月胶州湾表层海水溶解有机物荧光特征的时间与空间变化进行了研究。PARAFAC模型共鉴别出四个荧光组分:类蛋白质荧光组分(C1),陆源类腐殖质荧光组分(C2,C4)和海源类腐殖质荧光组分(C3)。类蛋白组分在调查期间的荧光强度最强(0.14±0.06),其余三个组分荧光强度相近(0.07±0.02,0.09±0.02,0.05±0.02)。这四种组分在8月下旬多雨期和9月上旬受径流影响的时期荧光强度较高,在9月下旬雨季影响消退后荧光强度显著降低。研究表明各组分荧光强度总体上与叶绿素a浓度显著正相关,与盐度负相关,说明胶州湾夏季FDOM浓度主要受降雨引发的生物活动影响。     

基于卫星测高的南海中尺度涡统计特征研究

采用卫星测高数据SLA,通过对相同时间内不同卫星的数据以及同一卫星不同时间段的数据处理结果进行分析,来探讨卫星的识别能力和南海中尺度涡的时空分布规律。通过分析ENVISAT和Jason-2高度计2009年数据资料所识别出的eddy可以得出,在时间上,南海中尺度涡具有季节分布特征,即冬、夏季的中尺度涡具有明显的典型的分布特征,而春、秋季节的冷暖涡数量相差不大,具有过渡特征;在空间上,南海eddy多分布在越南东南部以及14°N~18°N,111°E~113°E海域。通过分析ENVISAT、Jason-2和j1n(Jason-1 on its new orbit)的3颗卫星融合数据,与单颗卫星相比,发现融合数据具有更强的识别能力,可以监测出更多的涡流。