北太平洋SST的时空分布特征及其与黑潮大弯曲和El—Nino的关系

用EOF分析方法对北太平洋及赤道太平洋地区1949～1979年31年海表面温度距平场进行分解,得到几个主要距平海温模态(EOF1～3),分析了EOF1～3的时空分布特征。得到海温距平场的EOF1和EOF2～3模态分别对E1—Nino事件和黑潮大弯曲有很显著的相关性,指出SST第三模态场对黑潮大弯曲的影响具有很好的持续性,持续时间为1～2年。最后讨论了相互的影响过程,为黑潮大弯曲和E1—Nino事件的预报的可能性提供了依据。     

黑潮弯曲时的北太平洋冬季海温异常对大气低频振荡的影响

利用中科院大气物理研究所开放实验室ＩＡＰ－ＡＧＣＭ（二层大气环流模式），针对黑潮弯曲时的北太平洋冬季表层海温（ＳＳＴ）异常进行八个月的数值积分试验。试验结果表明：黑潮弯曲时北太平洋冬季ＳＳＴ异常对大气低频振荡的影响具有明显的３０－６０ｄ振荡的特征；在北半球的３０－６０ｄ振荡，大部分地区为向西传播，在南半球则为向东传播；其经向传播较为复杂，在１２０°Ｅ剖面上以向南传播为主；热带地区受此ＳＳＴ异常的影响以西太平洋、印度洋大气加热场的３０－６０ｄ振荡为主要标志。     

北太平洋亚热带海域海面风应力场特征的分析

本文通过对北太平洋亚热带海域（１８°～３０°Ｎ,１４０°Ｅ～１４０°Ｗ）３０ａ风应力场（τｘ,τｙ）、风应力涡度场（ｃｕｒｌｚτ）及４４ａ５００ｈＰａ面上副热带高压面积指数（ＡＩ）资料的统计分析,得出了上述诸要素的年内、年际和年代际的变化特征,并讨论了一些有趣的现象,如上述诸要素的年际变化与ＥＮＳＯ的关系,τｘ、τｙ、ｃｕｒｌｚτ的年变化、趋势变化与ＡＩ的年变化趋势变化间的关系等。其中,亚热带的风应力场和风应力涡度场主要受副热带高压的制约;τｘ、τｙ、ｃｕｒｌｚτ和ＡＩ年变化、年际变化和年代际变化均较显著。１９７７年发生的跃变与热带太平洋海面温度跃变期相一致。在ＥＮＳＯ期间,τｘ、τｙ、ｃｕｒｌｚτ和ＡＩ均伴随着副热带高压的加强而增强,这可能与ＥＮＳＯ期间哈德莱环流的加强有关。     

137°E断面北赤道流、黑潮变异和黑潮大弯曲的关系

分析了１９７２～１９８８年１３７Ｅ断面资料,结果表明,北赤道流和黑潮、黑潮 和黑潮逆流、北赤道流和热带水以及黑潮、黑潮逆流和亚热带水等,都有０．０１以上 显著水平相关。黑潮既受制于西太平洋大尺度海洋环流,还受大暖涡变化的影响。 北赤道流递减率反应了亚热带环流西部的辐合状况,它的变化是导致日本以南大 暖涡迁移,黑潮路径变化、停滞的主要原因。     

北太平洋海表面高度(SSH) 与风应力变化的关系

利用1958-2008年的北太平洋海表面高度和风应力资料,并与ENSO和PDO指数进行相关分析.结果发现,风应力及其经向分量主要通过季节振动影响海表面高度(SSH)的年周期变化,纬向风应力主要通过多年振动影响SSH的ENSO和PDO周期.纬向风应力和SSH均以黑潮延伸体主轴为界,两侧呈现出相反的升降趋势,SSH为北降南升,纬向风应力南降北升.风应力和SSH升降趋势相同,均表现为“上升—下降—上升”的变化特征.在地形变化剧烈、等深线南北分布的海区,西风增强会导致SSH升高,且西侧升高较为明显.北风增强将导致北太平洋西岸SSH升高,东岸SSH降低.     

北太平洋风应力与流场联合EOF的主模态分析

采用了SODA资料,将海面风应力场与大洋各层流场看作一个整体做了赤道外北太平洋风应力和流场异常的联合EOF分析,此时风应力场与各层流场有相同的时间系数,这样就可揭示海气耦合的结构和演变,这是该方法的特点和优点。得到的主要结论有:诊断得到的主模态的风应力异常体现了北太平洋大气活动中心的异常,两者关系密切;在冬、春、秋三季均表征为阿留申低压的异常,在夏季则表征为副热带高压的异常。该主模态的风应力和流场异常均是PDO模态在其上的体现,且前者处海气相互作用中矛盾的主要方面,后者处次要方面,前者起着主动作用,后者则处被动状态。主模态在四季均有明显的年际变化和年代际变化;对北太平洋风场和上层流场而言,年际变化反映了ENSO的影响,而约20a的年代际变化则反映了太平洋年代际振荡(PDO)的影响。主模态中北太平洋海盆尺度的风应力异常、大洋环流异常和上层海温的动力异常这三者具有紧密的联系,这三者的连锁作用则造成了北太平洋SSTA的PDO模态;而在此大洋环流异常则起着关键中介作用。主模态的风应力异常与黑潮系统流场的异常有紧密联系;对于明显的正(负)异常,冬、夏两季135°E以东的黑潮都偏强(弱),黑潮续流则偏弱(强);对于黑潮以南的回流涡旋,冬季则偏强(弱),夏季则偏弱(强);而ENSO和PDO对黑潮流场系统的异常均有明显影响。     

北太平洋副热带潜沉率及其变化中海面风的作用

采用中国科学院大气物理研究所的高分辨率逐日风场驱动的全球海洋模式(LICOM1·0)对北太平洋海域的潜沉(Subduction)过程和副热带模态水形成区潜沉率的年际变化进行了数值模拟,并将模拟结果与同化的海洋模式资料(SODA)进行了比较。研究结果表明,该高分辨率的海洋模式对北太平洋的绝大部分海域晚冬混合层底水质点的运动方向和路径的数值模拟结果较好,模式模拟的副热带环流比SODA资料中的副热带环流流速强;模式模拟的混合层深度比SODA资料中的混合层深度深,更接近观测;模式中副热带海域的潜沉率大于SODA资料中的副热带海域的潜沉率。模式结果表明,副热带环流和副极地环流交界处是潜沉过程发生的最主要区,该区气候平均的潜沉率超过100m/a,最大为150m/a,海面风变异引起的海洋平流的年际和年代际变化,是该区潜沉率发生年际和年代际变化的主要原因;在太平洋副热带东部模态水形成区,气候平均的潜沉率超过50m/a,在该区潜沉率的年际变化中,局地风应力旋度决定的Ekman抽吸要比海洋平流效应更加重要。     

1993—2011年北大西洋与北太平洋的波浪变化及其原因探究

基于1993—2011年的7套卫星高度计数据,分析北大西洋和北太平洋的波浪变化趋势;利用NCEP/NCAR提供的月平均风场及SLP(Surface Level Pressure)数据,分析风场和SLP的空间变化特征,并通过主成分分析进一步考察了波浪变化与SLP的相关关系。结果表明:北大西洋波浪变化趋势的空间分布呈偶极子形态,西南区域为增大趋势,东北区域为减小趋势;而北太平洋波浪变化的主要特征是在中纬度带呈明显的减小趋势;比较而言,波浪变化趋势的空间形态与SLP变化的空间分布特征更接近,波浪主要模态的空间分布及时间系数与SLP距平场的震荡特征十分吻合,大尺度背景场SLP的变化对波浪的长期变化趋势有重要的影响。     

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。     

北太平洋海面异常风场的时空分布特征与海气热量交换

用北太平洋（含赤道太平洋区）１９４９～１９７９年的ＣＯＡＤＳ资料，通过矢量ＥＯＦ分解得到北太平洋异常风场的分布型及其时间变化规律。分析表明，ＥＯＦ１～５场与大气活动中心、海洋相互作用有联系，具有明显的天气学意义。此外，还讨论了ＥＯＦ异常风场间的转换及其季节性差异。     

赤道太平洋纬向风和流异常与西太平洋暖池纬向运移

基于SODA再分析资料和TAO资料,利用EOF和统计分析等方法,分别研究了赤道太平洋海面纬向风应力异常和赤道太平洋上层纬向流异常的时空特征及其对西太平洋暖池纬向运移的影响。结果显示,赤道太平洋海面纬向风应力距平场第一模态具有2—5年的年际变化特征,其时空分布呈东、西向的反位相变化;而赤道太平洋上层纬向流距平场的第一模态则为1—2年的年和年际变化,且整个研究区域位相统一。纬向风应力和纬向流异常变化最显著的区域都在赤道中太平洋。相关分析显示,赤道中太平洋海面纬向风应力异常和赤道西太平洋上层纬向流异常分别对西太平洋暖池纬向运移有约2个月和4—6个月的超前影响,是暖池纬向运移的两个重要动力因素。回归分析表明,赤道中太平洋海面纬向风应力异常和赤道西太平洋上层纬向流异常对西太平洋暖池纬向运移有很好的预报意义。     

西北太平洋黑潮路径变化与柔鱼CPUE的关系研究

利用西北太平洋长时间序列SST、黑潮路径、柔鱼渔获量数据,基于GIS技术分析了黑潮路径类型变化和离岸摆动及其对柔鱼CPUE的影响。分析结果表明,1990—2003年,黑潮弯曲发生的月份数占82％,其中整月发生弯曲的月份数占47％,共发生2次大弯曲、2次准弯曲、5次小弯曲。柔鱼年CPUE,在黑潮发生准弯曲年份最高,黑潮发生小弯曲年份较高,黑潮发生大弯曲年份和平直年份较低,黑潮大弯曲发生的强盛年份最低。柔鱼月CPUE高值时段,多是黑潮发生弯曲时段,且主要是C型弯曲。连续3月以上出现月CPUE高值段,黑潮路径模式是C型弯曲和平直路径交替出现。3天CPUE的高值时段,黑潮弯曲型的频次远高于平直型;较高值时段,黑潮弯曲型的频次稍高于平直型;中值时段,黑潮平直型频次稍高于弯曲型;较低值时段,黑潮平直型高于弯曲型;低值时段,黑潮平直型远高于弯曲型。     

台湾以东黑潮路径识别与变化规律

为研究对中国台湾以东海域黑潮路径及其变化,本文基于法国空间局AVISO中心提供的1993—2015年的卫星遥感海表流场逐日资料,对121°—125°E,22.4°—25°N海域黑潮路径进行了逐日识别,得到了共计23年累计8400天的台湾以东黑潮流轴的逐日路径,并研究其在不同纬度的流轴位置及其对应的表面黑潮流量的时空变化规律。主要结论如下:(1)采用模糊C-均值聚类法对台湾以东黑潮流轴路径进行聚类分析,发现台湾以东黑潮流轴在24°N以南出现明显摆动,形成正常和偏东两种路径;黑潮流轴存在明显的时间变化,流轴偏东现象年平均大约出现25次,大致每隔3年出现一次偏东较少的现象,各月流轴偏东次数以4、5月最少,10月至次年3月较多;(2)台湾以东黑潮表面流量大小在6.2—8.3×104m2/s之间;总体上来说,纬度越高流量越大,在23.5°N左右范围内存在一个流量低值中心;在24.3°N以北流量总体较大,且增长趋势稳定,同时表面流量大小具有较强的季节和年际变化特征。     

波致应力的近似求解及其太平洋特征分析

基于波致应力计算中对海浪谱和波浪增长率公式的敏感性分析,选择适当的波致应力近似求解方法,计算和探讨了太平洋波致应力的时空分布特征。敏感性分析中,选择了4种常用的波浪增长率公式和3种经验解析海浪谱。推导了计算波致应力的单波公式,并将其与JONSWAP谱积分公式和Elfouhaily谱积分公式进行比较,同时使用了由风速和有效波高资料构造的Elfouhaily谱积分公式计算太平洋波致应力。结果表明:Belcher等(1993)的波浪增长率计算公式估算的波致应力与实验数据吻合度较好,同时适用ERA-interim数据;当波龄小于1.2时运用Elfouhaily谱积分公式更合适,当波龄大于1.2时运用单波公式更快速有效;太平洋的波致应力分布与风场之间存在明显的相关性;2009年1月、4月、7月和10月太平洋波致应力的季节性特征分析表明四个季节的西风带波致应力较其他地区都更强盛,而在时间变化上1月和10月为波致应力整体较为强盛的时期。     

黑潮在吕宋海峡的形变及动力机制

根据１９９０年以来对吕宋海峡和中国南海（ＳＣＳ）北部的ＷＯＣＥ水文资料和其它海洋调查资料的分析，以及对同一海区的卫星遥测海表温度（ＳＳＴ）的资料处理，推断在吕宋海峡常年存在黑潮路径弯曲，西折进入ＳＣＳ并又流出ＳＣＳ的现象，作者将黑潮的这种变形称为“黑潮流套”。黑潮变形进入ＳＣＳ的位置在冬季位于海峡中部、南部附近，范围较大；在夏季略向北移，较集中于海峡中部，范围较小。作者认为，黑潮流套现象可用位涡守恒理论作定性的解释：当黑潮在吕宋海峡失去西边界支持后，其流轴以西贴近西边界的一部分流体，因具有较大的相对正涡度，会脱离黑潮主体在南海东北部形成反时针旋转或顺时针旋转的环流，而黑潮主体会以顺时针旋转的形式在海峡以西的海域出现。整个黑潮以弯曲、扩展的形式在海峡处产生形变，在海峡东侧出现反气旋涡旋的倾向。吕宋海峡黑潮流套及南海北部的诱生环流之流型，会因黑潮本身以及副热带环流整体的变化而变化，也与海峡的宽度有关。总之，吕宋海峡黑潮流套的形成是由当地特殊的地形条件和地转β效应这些内部机制决定的，它的常年存在有其必然性     

流核位置和流量变化对东海黑潮锋面弯曲影响的研究

本文运用简化的η坐标POM模式研究了东海黑潮锋面弯曲的产生与成长机制。主要考察了在给定的地形下,流核位置和流量变化对锋面演变的影响。当黑潮流核远离陆架时,因其锋区正好在陡的陆坡之上,斜压不稳定贡献减小,此时不论黑潮的流量强弱,其锋面都不会出现如观测所示的弯曲;当黑潮流核接近陆架时,因其锋区爬上陆架,斜压不稳定加强,小扰动能够充分发展并导致锋面弯曲,它的三维结构和观测的结果基本一致。平均波长约为250km,位相速度约为17km／d。扰动成长的主要机制是斜压不稳定,锋面弯曲的主要能源是平均有效位能。