渤海夏季温盐年际变化时空模态与气候响应

根据渤海夏季断面1978~2014年历年8月温度、盐度与气候要素、黄河年径流量等观测数据,采用旋转经验正交函数(REOF)、风驱海流模式诊断、最大熵谱分析和延迟相关分析等方法,研究了渤海夏季断面温度、盐度年际变化时空模态与气候响应.温度主要有4种时空模态,其中第一模态为准平衡态年际变化和10a尺度跃变,第二至四模态为显著线性降温趋势年际变化和10a尺度跃变.渤海夏季径向风应力强度是夏季温度年际变化的主要影响因素,夏季风应力强度逐年减弱使得夏季水温的季节增温减弱,并且抵消了夏季气温逐年升高对水温的增温影响,温度模态大部分分量出现显著线性降温趋势.夏季大尺度海洋温度、气温年际变化是夏季温度年际变化的次要影响因素.盐度主要有2种时空模态,其中第一模态是对辽河口入海径流量、夏季降水量和夏季风应力强度的响应;第二模态是对黄河口入海年径流量和夏季风应力强度的响应.黄河口、辽河口入海年径流量与夏季降水量是盐度年际变化的主要影响因素,夏季风应力强度是次要因素.盐度模态年际变化呈现准平衡态周期变化和10a尺度跃变.     

近50年来黄河入海径流量变化的初步分析

以黄河口利津水文站1950-2002年的实测径流资料为依据,采用数理统计学、随机水文学和小波分析相结合的方法,对黄河入海径流量的变异特性进行了初步分析.研究结果表明:近50年来,黄河入海年径流量、汛期径流量、基流和年最大流量都存在显著的下降趋势;利用有序聚类分析法检测出1985年、1968年和1996年三个跳跃点,入海径流量分别在三个跳跃点处出现阶段性变化,引起这些变化的原因有气候的因素,但人类活动的影响在其中起了决定性作用.小波分析的结果显示,入海径流量存在3～5年、6～8年和10～15年左右的变化周期,但在不同时段,周期尺度有所不同.     

近60年山东省降水时空格局及其对不同环流因子的响应

为揭示近60年山东省降水的时空格局规律及其对不同环流因子的响应关系,基于山东省61个气象站1959—2017年的逐日降水数据,利用Mann-Kendall趋势检验、CEEMDAN、EOF及交叉小波变换等方法,对山东省降水的趋势性、时空演变特征以及多尺度特征进行了研究,并探究了降水与不同大气环流因子在不同时频域下的共振周期和相干性。结果表明：(1)近60年来,山东省月降水呈现出显著的季节、年际以及年代际尺度特征,其中以年际周期振荡为主,累积方差贡献率达48.2%;同时,降水整体呈减少趋势。(2)经EOF分解表明,前3个模态的累积方差贡献率为68.1%,第一模态呈现全省降水变化趋势一致性,第二、三模态分别呈现西东和南北“+,-”反向分布特征。(3)大气环流因子MEI和PDO与山东省降水的关系较为密切,且主要作用于降水的年际周期尺度。     

南海北部中更新世0.78～1.0 Ma期间的陆源碎屑粒度记录

南海北部陆坡大洋钻探计划(ODP)1144站的高速堆积体为高分辨率的古环境研究提供了良好的材料。通过分析1144站陆源碎屑的粒径分布,高分辨率地(200a)研究了中更新世气候转型期(0.78～1.0Ma)东亚夏季风演变在南海北部的记录。结果显示,陆源碎屑的粒径比值(3.5～8.2μm)/(9～23μm)可以作为东亚夏季风演化的替代指标,高值代表强盛的夏季风。这个比值指示了夏季风在920ka时突然增强,表明中更新世转型以夏季风突然增强为起点,此后夏季风处于不断加强和减弱的循环状态,说明了中更新世气候转型是一个渐变的过程。东亚夏季风演化的强弱与北半球夏季日射量基本呈线性关系,显示东亚季风演化的天文驱动机制。频谱分析发现,夏季风演化存在3.3ka和1.2ka左右的千年尺度周期,且在转型前后千年尺度周期也发生变化,说明中更新世的气候转型不仅表现在轨道尺度的气候周期变化上,也体现在千年尺度气候波动的特征变化上。     

渤、黄、东海海表面温度年际变化特征分析

将渤、黄、东海海表面温度作为一个整体场,研究其年际变化特征,并进一步探讨其与东亚季风场年际变化特征的关系.利用美国NOAA极轨卫星中的高级甚高分辨率辐射计(AVHRR)反演的海表面温度资料,采用EOF方法分冬夏两季对渤、黄、东海SST的年际变化做了初步分析,发现渤、黄、东海SST存在显著的年际变化周期,冬季存在5 a的显著变化周期,夏季存在4 a的显著变化周期,并研究了东亚季风场的年际变化对SST变化产生的影响.发现冬季日Nin0年东亚寒潮活动弱于La Nina年,El Nino年SST较La Nina年偏高;夏季El Nino.年东亚夏季风活动弱于La Nina年,El Nino年SST较La Nina年偏低,但是趋势不如冬季明显.     

东亚季风过渡带降水变化特征及物理机制研究进展

东亚季风过渡带地处东亚夏季风北边缘附近,是典型的生态脆弱区与气候敏感带。东亚季风过渡带降水变化同时与东亚夏季风和中高纬西风带环流系统的变化密切关联,变异机理与典型季风区和干旱区降水有较大差别。目前专门针对东亚季风过渡带降水变异机理的研究还比较少。 此文从东亚季风过渡带夏季降水的年际、年代际变化特征和物理机制出发,分别回顾热带关键区的海温异常和中高纬环流系统等对东亚季风过渡带夏季降水年际变化的影响,以及太平洋年代际振荡、大西洋多年代际振荡与气候系统外强迫对东亚季风过渡带降水年代际变化的贡献。最后, 在进展回顾的基础上,展望定量区分外强迫和内部变率对东亚季风过渡带降水年代际变化的相对贡献等未来需进一步开展的研究方向。     

南海夏季风爆发日期与海温的多尺度关系及最优子集回归预测

采用小波变换,Lanczos时间滤波器,相关分析研究了南海夏季风爆发日期的多尺度特征及与海温场的关系,并研制了南海夏季风爆发日期的短期气候预测新方法——多尺度最优子集回归预测方法.结果表明,1958-2008年南海夏季风爆发的平均日期为5月18日,标准差约10 d,具有弱的偏早爆发趋势,存在15.4a的年代际变化和5....     

北极河流径流量变化及影响因子分析

利用最新的北极径流资料(R-arcticNET V3.0和Arctic RIMS),对进入北冰洋的4条主要河流的季节及年代际变化进行诊断分析。结果表明:入海径流在4-6月的大幅增加主要是由气温达到融点后积雪融化造成的,降水的作用次之。总的来说,欧亚区域在过去的70年里入海径流量是增加的,而北美区域在近30年里入海径流量是减小的,但注入北冰洋的径流总量是增大的。值得注意的是入海径流的年代际变化在不同季节增减趋势显著不同,夏季和秋季径流量减小,而其他两个季节径流量增大。进一步分析了影响入海径流变化的一些气候因子,结果表明:北大西洋涛动(北太平洋指数)与欧亚(北美)区域的冬、春季径流量存在正相关。春季气温与春季径流量呈正相关,而与夏季径流量呈负相关。降水与径流量基本上为同步正相关。春季积雪覆盖面积与春季径流量为负相关,而与夏季径流量为正相关,夏季积雪覆盖面积与夏季的径流量为正相关。     

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。     

热带太平洋气候变率的三类模态及与ENSO强度变化的关系

基于Kaplan等重建的1856—2001年全球海表水温距平(SSTA)资料，用小波变换分析了热带太平洋SSTA的气候变率，对热带太平洋SSTA分别进行2—8、8—30和30—100a带通滤波，然后进行EOF分解。结果发现，ENSO模态具有5a左右的年际变化和15a左右的年代际变化2种显著周期，当二者位相相同时，ENSO事件加强，当二者位相相反时，ENSO事件减弱，当年际变化不明显时，显著的年代际变化也可单独导致ENSO事件；热带太平洋SSTA气候态变率以西太平洋暖池和赤道两侧的热带中东太平洋明显海温同号异常为主要特征，具60a左右的周期，其相位变化与气候跃变及El Nifio事件的类型有密切联系；长期增温倾向加大了El Nifio事件的振幅。文章最后指出，ENSO事件强度变化是由年际、年代际和气候态等3类模态变率共同作用的结果，在ENSO预报模式中考虑并引入年代际和气候态变化对ENSO循环的影响，是提高ENSO预测水平的有效途径之一。     

黄河口邻近海域海冰变化特征及机制分析

黄河口邻近海域海冰是渤海海冰的一部分,为了解其独特的变化特征及机制,本研究基于北海预报中心提供的黄河口周边海洋台站观测数据以及CMEMS (Copernicus Marine Environment Monitoring Service)全球海冰密集度再分析数据,使用统计分析和两种滑动相关分析,结合小波相干方法及大气过程的影响,得到长期变化分析的结果。黄河口冰情在1979—2020年间整体呈减轻趋势(–0.25%/a),显然其直接因素为局地温度整体升高;海冰密集度与黄河径流量呈明显正相关,相关系数为0.46,其原因为径流增大导致盐度降低,海冰增加;与北极涛动指数(AOI,Arctic Oscillation Index)呈明显负相关,相关系数为–0.44,因为当北极涛动为正位相时,东亚大槽强度减弱,北极冷空气南侵受阻隔,冬季黄河口的整体气温升高,导致海冰减少;1997年和2016年左右与北极涛动的相关性都出现了显著正异常,其原因为两次强厄尔尼诺事件的影响,同时海冰密集度在1985年左右的跃变可能与AOI和黄河径流量的突变有关。短期变化分析的结果显示:从2010年和2020年冬季逐日的典型寒潮过程与海冰密集度的变化分析可知,海冰与前6 d负积温的相关性最大,平均相关系数为–0.77,寒潮的出现时间、强度及间隔,控制海冰的生成,而整体气温的低频变化控制海冰的维持和发展。     

冬季大风影响下的渤黄海水交换特征

利用ROMS海洋数值模式对2006年冬季渤黄海的海洋动力环境进行模拟,基于温度、盐度模拟结果,使用谱混合模型进行水团分析,定义了渤海海峡地区的水交换区。并进一步讨论了冬季大风事件对水交换区的影响,给出了冬季大风影响下的渤黄海水交换特征。研究得出,冬季的黄海水团以“舌”形分布于渤海海峡地区,水交换区则表现为沿“舌”形边缘呈带状分布,具有西北——东南的走向趋势,并且在“舌”尖处的水交换面积最大。通过缩小研究范围,发现位于黄海最北部的沿岸海域并不参与渤黄海之间的水体交换。最后研究发现,冬季大风事件对渤海水交换具有促进作用,具体表现为：大风过程使黄海暖流对渤海的入侵更加深入,水交换区向渤海方向伸展,南部的水交换带变宽,河流径流进入渤海后与渤海水的混合区加大,并发生北移。     

中国黄、渤海海水中溶解镉的形态研究

黄、渤海是我国重要的海洋经济渔业开发区域,海水中痕量金属的含量及其存在形态会对海洋环境、海洋渔业产生重要影响。随着近年我国痕量金属采集与分析测试技术的发展,数据的准确性有了新的提升。2016-06—07采集黄、渤海40个站位的海水样品,测定其溶解态金属Cd的总浓度,并应用电化学方法(阳极溶出伏安法)分析Cd存在形态。结果表明,渤海海水中的总溶解态Cd浓度是南黄海海水中的2~3倍,这可能与渤海海水停留时间较长,水深较浅,周边较多河流输入有关。20%~92%以上的溶解态Cd是以有机络合物形态存在,以自由离子态存在的Cd浓度不超过100 pmol/L,低于Cd对浮游生物的毒性阈值。渤海比黄海的金属配体浓度高出2倍以上,高值出现在黄河口周围海域,表明黄河水携带较多有机配体输入。推测我国近海有机配体来源可能包括陆源输入、沉积物再悬浮的解析过程以及藻类分泌。研究还表明,黄、渤海海水中溶解态Cd的有机配体络合常数较其他海域的稍高,这与我国近海废、污水排放的有机络合配体类型有关。     

A STUDY ON THE TRANSPORT OF SUSPENDED PARTICULATE MATTER FROM THE YELLOW RIVER BY USING A 3D PARTICLE MODEL

本文利用一个三维的悬浮颗粒物（ＳＰＭ）输运模型，对黄河输出的悬浮颗粒物的分布进行了计算。这是一个使用粒子追踪方法的模型，利用随机走步法模拟扩散过程。本文模拟的时间是从１９８２年的３月到８月，结果显示悬浮颗粒物的高值区在黄河口附近。从黄河口出来的悬浮物有两支：一支沿渤海湾南岸进行渤海湾，另一支则进入莱州湾并经渤海海峡流出渤海。     

渤海湾黄河入海口区余流特性分析

本文通过实测资料和计算分析，探讨了渤海湾黄河入海口区余流的特性。分析得出，该海区余流主要受潮波系统、季节风及入海径流的影响．这3种因素在渤海湾黄河口海区均可独立产生各自的余流场，该海区的余流场依海区的位置和季节的不同由上述3种余流流场叠加而成，叠加后的余流场将对黄河入海泥沙的扩散产生深远的影响。     

源地黑潮及其上下游流量的变化特征

本文基于长时间序列的海流和温盐资料（最新版SODA高分辩率再分析资料和137°E断面的观测资料）,计算了黑潮流系四个主要断面的流量,并分析了它们的变化特征．结果表明,黑潮流系各主要断面流量具有显著的季节性差异,其年际、年代际变化明显．相关分析表明,源地黑潮及其上下游流量变化具有较强的独立性,变化不尽一致,其中,短期气候变化特征可能与热带太平洋的年际变化有明显关联,而年代际变化则可能与发生于北太平洋的年代际变化以及其它副热带中尺度涡旋等变化有一定联系．     

黄河口门位置及入海径流变化对莱州湾盐度分布的影响

2020年黄河丰水期入海径流量是往年平均值的2倍以上,必然会引起河口水动力和盐度分布的动态变化。本作者基于有限体积海岸海洋模型(Finite Volume Community Ocean Model, FVCOM),模拟2020年黄河冲淡水在丰水期和枯水期的扩散情况,研究黄河口以及莱州湾海域的盐度分布状况变化,以及径流量变化和口门变迁对黄河冲淡水扩散的影响,模型结果与观测结果吻合较好。模拟结果表明,黄河口西北侧潮流沿岸线方向,随着涨落潮呈西北-东南向往复;黄河口以南包括莱州湾的潮流均随着涨落潮呈东北-西南方向往复。高流速区域主要集中在黄河口和莱州湾北部,在0.5m/s以上。在余流作用下,大量的黄河冲淡水会涌入莱州湾,丰水期时27psu等盐线包络面积占到整个莱州湾的1/4左右。径流量和风的变化主要影响羽流的扩散面积,而口门的变迁会改变其扩散方向。黄河冲淡水经北向口门入海主要影响莱州湾区域,经东向口门入海更多地会向北扩散。通过对2020年黄河口及莱州湾海域盐度分布的分析,为黄河入海径流管理及莱州湾渔业资源保护提供科学参考。     

基于CART方法计算的黄河淡水水龄在渤海的分布变化特征

通过计算黄河淡水在渤海内部的水龄变化,能够进一步了解由黄河口排出的溶解性污染物在渤海中的输运时间和分布规律。利用ROMS(Regional Ocean Modeling System)数值模型,加入了基于CART(the constituent-oriented age and residence time theory)方法计算水龄的模块,用于计算黄河淡水水龄在渤海的分布以及长期变化规律。模式较好地再现了渤海物理场以及黄河淡水水龄在渤海中的分布。模拟结果显示水龄在空间分布上差异很大,莱州湾平均水龄为700天,而辽东湾则高达1760天。渤海中部与辽东湾水龄时空分布表现出季节变化,冬季辽东湾水龄西低东高,高龄水自辽东湾东侧入侵渤海中部;夏季辽东湾水龄西高东低,渤海中部低龄水占优。黄河淡水水龄在年际时间尺度上存在明显差异,1998—2003年黄河淡水水龄较高且存在上升趋势,而2003—2007年则迅速下降,此变化主要由黄河入海径流量的改变导致;径流量增大会使淡水水龄降低,反之则会使水龄升高。黄河径流量对黄河淡水水龄的影响主要是通过改变目标区域黄河淡水浓度和低龄淡水质点在水团中所占的比例来实现的。     

1956—2018年青海省黄河流域降水变化特征分析及预测

本研究基于1956—2018年31个气象站月值降水数据,采用M-K检验、Pettitt检验、Morlet小波分析、ARIMA模型等方法,分析青海省黄河流域近63年包括趋势、突变、周期在内的降水量特性以及验证未来5年降水趋势预测变化的合理性。结果表明:(1)近63年青海省黄河流域降水具有集中程度高、年内分配不均、丰枯季明显的特点;不同年代的月均降水量均集中在4—10月,且未来月均降水量有上升的变化趋势。(2)年降水量呈显著增长趋势,增长率为(9.07 mm/10 a),春季和冬季降水增长趋势显著,夏季和秋季降水无显著的增长趋势,2004年为该流域大的降水转折年。(3)年降水时间序列存在23~32 a,15~20 a,9~13 a以及4~6 a的周期变化规律,四级降水主周期分别对应30、15、11和6 a时间尺度。(4)ARIMA(2,1,4)模型能够较好地拟合1956—2018年降水序列并对2019—2023年降水数据合理预测;线性回归及M-K检验分析结果显示1956—2023年降水序列呈显著增长趋势,增长率为(9.22 mm/10 a),与趋势预测结果相一致;ARIMA(2,1,4)模型可以对青海省黄河流域进行短期年降水量预测,为当地水资源合理规划和管理提供参考。