台湾以东表面黑潮流量与涡旋场相互作用研究

本文基于法国空间局AVISO中心提供的1993年~2015年的卫星遥感海面高度和海表流场逐日资料,分析了台湾以东表面黑潮流量及其邻近海域的涡旋场（海面高度异常）,得到了台湾以东表面黑潮流量和涡旋场的四个主要周期,并研究了不同对应周期的黑潮表面流量及其邻近涡旋场之间的相互作用关系。论文主要结论如下：（1）基于小波分析法,分析了台湾以东表面黑潮流量及其邻近的涡旋场,发现两者都具有明显的季节、年和年际变化周期。对于表面黑潮流量,除了具有182天（0.5年）和365天（1年）的显著周期外,还存在860天（2.35年）和2472天（6.8年）左右的较为明显的周期。涡旋场也相应地存在200天（0.55年）、374天（1年）、889天（2.43年）和2374天（6.5年）四个较明显的周期,但在不同的纬度存在一定差异;（2）基于相关分析和因果分析法,分析了以上四个周期内表面黑潮流量及其邻近涡旋场的相关性,揭示了黑潮与涡旋在不同周期区间、不同纬度相互影响关系的差异。     

台湾以东黑潮流量的年际变化特征

利用长时间序列的石垣和基隆两个验潮站的海平面高度记录(18年)计算了台湾以东的黑潮流量,并结合风应力资料(SODA),探讨了台湾以东黑潮流量的年际变化及其和风应力旋度的关系。台湾以东黑潮流量的峰值出现在1980—1981、1982—1983、1986、1988及1991年。低值出现在1984、1990、1993—1995年。小波分析结果显示,台湾以东黑潮流量具有2—5年的显著周期(峰值在2年和5年);台湾以东北太平洋区域风应力旋度具有2—7年的显著周期(峰值在3年和6年)。在1980—1991年间,黑潮大弯曲频繁发生,台湾以东黑潮流量偏大,与台湾以东太平洋区域风应力旋度间的关系较好;而在1991—1995年间,没有黑潮大弯曲发生,台湾以东黑潮流量偏低,与台湾以东太平洋区域风应力旋度间的关系较差。     

反映台湾以东黑潮流量变化的海表面高度关键区域的确定

根据HYCOM模型结果,主要分析了台湾以东黑潮流量年际变化和海表面高度变化的相关性。得出黑潮流量的年际变化和台湾以东123°E~125°E,24°N~25°N区域的海表面高度年际变化相关性最好,而且相关系数可这0.8左右。在季节l生变化上,二者总体变化趋势也是比较一致的,但黑潮流量的变化滞后该区域海表面高度1个月左右。黑潮流量整体随时间的变化与该区域海表面高度的相关性也可达到0.73。因此可以看出,这个区域的海表面高度变化可以反映黑潮流量的变化趋势,本文定义这个区域为关键区域,这是对以往利用基隆和石垣两站水位差异常回归得到黑潮流量变化的研究方式的一种较大改进。通过分析影响关键区域海表面高度变化的机制,可以进一步得出影响黑潮流量变化的因素,从而对其进行预测。     

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。     

台湾以东黑潮经向热输送变异及可能的气候效应

基于日本气象厅长序列水文再分析资料,通过估算台湾以东黑潮24°N断面热输送量,分析了该断面黑潮热输送的低频变异特征,并探讨了热输送变异与我国近海海表温度异常变化以及前期(前秋、前冬和春季)和同期(夏季)热输送变异与我国夏季降水异常变化的关联性。小波分析显示,台湾以东黑潮(24°N断面)热输送异常存在着显著的准2 a周期振荡和约16 a的年代际变化,且以上显著周期主要存在于20世纪60年代中期以后,另外,台湾以东黑潮(24°N断面)热输送变异的季节差异明显;50多年来,台湾以东黑潮(24°N断面)热输送呈现出长期增强趋势,但变化幅度不大,且各季节长期趋势也有所不同。相关分析表明,台湾以东黑潮(24°N断面)热输送低频变异可能是我国东部近海SST变化的一个重要因素。另外,回归分析发现,前期及同期台湾以东黑潮(24°N断面)热输送变异对我国东部夏季降水异常变化有显著指示性,可能存在较大影响。     

西北太平洋海气界面热通量时空分布特征研究

基于第三版本HOAPs (Hamburg Ocean Atmosphere Parameters and Fluxes from Satellite Data)海表面温度、潜热通量、感热通量、海表面空气比湿以及海表面风场5个参量的18 a(1988～2005年)逐月平均资料,利用经验正交函数和奇异值分解方法分析了异常潜热和感热通量场在西北太平洋的时空分布特征及造成这种分布的主要影响因素.EOF的分析结果表明,异常潜热通量场主要体现为第一第二两个模态的变化,第一模态显示整个海域呈同相变化且在时间上呈准年周期变化,第二模态则描述了分别位于10°N,25°N和40°N的3个极值中心并伴随多年振荡,由因子载荷分布可知热带太平洋是第二模态的行为中心,因此该模态可能与ENSO事件相关.异常感热通量场则主要表现为第一模态的变化,在时间上呈准年周期变化并伴随有多年时间尺度的振荡.奇异值分解方法的分析结果表明异常海表面风场是异常潜热和感热通量场时空变化的重要影响因素.     

北太平洋500hpa候高度场的主成分分析

对太平洋500hPa候高度场和距平场进行了主成分分析,得出反映500hPa候高度特征的典型场。指出候高度场的第1特征向量的空间型是季节变化的主要型,它可解释总方差的74.5％,候高度场的其余特征向量与距平场的特征向量是按顺序的对应相似。这些典型场可以很好地描述北太平洋的大气环流特征。距平场的第1特征向量空间型清楚地反映了与厄尔·尼诺现象有关的环流型。     

冬季北太平洋西部上层海洋的热量输送

用海气界面净热量收支和1950－1979年表层水温资料，计算了冬季北太平洋西部上层海洋热通量散度场，指出冬季北太平洋西部黑潮将大量低纬暖水输送到中高纬度海域，在30－35°N最大；亲潮将极地冷水沿千岛群岛向南输送，在45－50°N最大；两者在40°N附近相遇，混合减弱后沿纬向东传。同时用EOF分析方法对热通量散度距平场分型，前3个主要型分别为：黑潮亲潮偶合型、北太平洋海流型和冷平流优势型。最后还揭示了第一主要型与北太平洋副热带高压之间有意义的相关关系。     

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。     

北太平洋晚冬海表温度持续异常现象的机制分析

依据再分析的海洋温度、盐度月平均资料和观测的热通量资料,确定了北太平洋中纬度晚冬海表温度(SST)持续异常现象较明显的海域是位于38°-42°N,158°E-172°W的西部海域和位于35°-42°N,172°W-145°W的东部海域.分析结果表明,西部海域,晚冬SST持续异常现象的主要机制是海洋上混合层的"再现机制";而东部海域晚冬SST的持续异常现象主要是海面净热通量的持续异常所致.由于冬季北太平洋西风异常导致的上混合层深度季节的差异在1976年前后的不同,1976年后晚冬混合层深度深,"再现机制"的作用明显,SST持续异常现象更容易出现.     

热带西北太平洋热状况对热带气旋活动的影响

分析热带西北太平洋和南海的表层至100m的水温变化与热带气旋活动的关系。得出:(1)海洋热含量正距平年热带气旋偏多,反之偏少。(2)热带西北太平洋西部热含量增加时,副热带高压脊点偏西,移入南海的热带气旋频数增加,反之减少。(3)因热带东、西太平洋水温变化反相,南海水温变化与热带东太平洋同位相,故从太平洋移入南海的热带气旋与在南海生成的热带气旋频数的变化趋势近于相反。     

北太平洋热通量场的时空变化特征及其与大气环流的关系

利用ＣＯＡＤＳ资料，首先计算了１９４９－１９７９年逐月北太平洋洋面的潜热通量与感热通量之和，并进行ＥＯＦ分解，然后分析它们的时空变化特征。结果表明：１、在北太平洋，季平均热通值的季节变化具有两种形式，而且主要决定于风速值的季节变化，尤以东亚季风的效应为最明显。２、暖池区全年平均的多年月平均热通量及其标准差都居北太平洋诸洋流区之首。３、北太平洋异常热通量场具有最重要的两种类型。１月异常热通量主要类型     

南海地区潜热输送与我国东南部夏季降水的遥相关分析

使用奇异值分解(SVD)和经验正交函数展开(EOF)方法,分析了我国东南部夏季降水与前期(冬季、春季)及同期(夏季)南海潜热输送之间相关场的分布型,从中找出遥相关的“关键区”,并对找到的高相关区的可靠性进行了讨论。结果表明,我国东南部夏季降水与前期(冬季、春季)及同期(夏季)南海潜热输送相关密切,尤其春、夏季潜热输送与降水相关程度更高。前期中的冬季,南海北部潜热输送与华南及其近海地区的夏季降水有较显着的负相关关系;春季,南海中部海盆地带的游热输送与长江以南至华南沿海地区的夏季降水有较强的正相关关系;夏季,南海中部海盆地带仍是影响同期华南降水的“关键区”.