黑潮对长江中下游夏季风影响过程的初步研究

本文在大量统计事实基础上，对黑潮影响长江中下游夏季风的过程进行了分析。着重对其中三个问题作了较详细的讨沦．1．黑潮流轴中段春季海温与6月长江中下游夏季风的内在联系过程；2．与其相联的环流特点；3．海气相互作用的过程特点。得到了一些很有实际意义的结果与一个可能的天气物理过程。     

东海黑潮温、盐度与中国东部气温和降水的相互关系

采用东海黑潮主流段长时间序列的实测温盐资料,研究了东海黑潮上层温度、上层盐度的变化及其与中国东部降水和地面气温的关系.结果表明,在过去50 a内,东海黑潮上层海温呈上升趋势,而上层盐度略呈下降趋势.东海黑潮上层海温和我国东部地面气温的关系在冬季十分密切,呈现出大面积显著的正相关,这与冬季南下冷空气的整体降温作用有关.夏季,长江中下游江水的增多致使大量长江冲淡水入海,可能是导致黑潮上层水盐度下降的一个原因,此时东海黑潮上层盐度与我国大陆东部降水呈负相关.     

冬季中纬度海气相互作用与长江中下游汛期旱涝预测

中纬度海洋的热力状况对大气环流的维持和变化起着重要的作用,尤其在冬季。汛期的研究表明,冬季黑潮海域海表面水温(SST)与长江中下游和华北平原汛期降水有密切的关系(中国科学院大气物理研究所长期预报组,1978),夏季阿留申海域的SST异常与北太平洋上空大气环流场和后期秋季美国的气温和降水亦存在有意义的关系(Namias,1976)。赵永平(1986a;赵永平, McBean,1996)和Zhao and McBean(1989)曾用北太平洋海洋对大气加热场资料详细地分析了其时空分布特征,揭露了黑潮及邻近海域海洋异常加热对同期和后期半年至一年北半球大气环流的影响事实,并提出用海洋异常加热对同期和后期大气环流作用的反相性假说来进行解释。以上研究表明,冬季中纬度海洋异常加热与大气环流的异常和我国汛期旱涝之间存在一定的联系。 冬季黑潮和湾流海域是中纬度海洋的两个巨大热源,它们对同期和后期大气环流有重要影响。本文研究了冬季中纬度黑潮和湾流海域海洋异常加热对夏季副热带高压和中高纬度西风环流的影响,讨论了长江中下游汛期旱涝前期冬季和同期大气环流型。结果表明,冬季东亚和北美冷空气都强时,黑潮和湾流海域对大气异常多加热,夏季西太副热带高压、乌山和鄂海阻塞高压多趋减弱,中纬环流平直,形成长江中下游偏旱的环流形势；反之,西太副热带高压、乌山和鄂海阻塞高压多趋加强,中纬槽脊系统明显,形成长江中下游偏涝的环流场。本文还对可能的物理过程进行了讨论。     

江淮旱涝时北太平洋海温异常演变

关于太平洋海温与我国江淮水旱的关系,我国气象学者已有过不少研究.早在五十年代初吕炯就指出,太平洋西北隅的水温对长江中下游的旱涝有相当关系^[1],六十年代吕炯等又进一步指出,长江中下游洪水时期亲潮与黑潮同时加强,并指出旱涝时两种截然不同的海水循环^[2].     

东海黑潮温盐与中国东部气温和降水的相互关系

采用东海黑湖主流段长时间序列的实测温盐资料,研究了东海黑潮上层温度、上层盐度的变化及其与中国东部降水和地面气温的关系。结果表明,在过去50年内,东海黑潮上层海温呈上升趋势,而上层盐度略呈下降趋势。东海黑潮上层海温和我国东部地面气温的关系在冬季十分密切,呈现出大面积显著的正相关,这与冬季南下冷空气的整体降温作用有关。夏季,长江中下游江水的增多致使大量长江冲淡水入海,导致黑潮上层水盐度下降,此时东海黑潮上层盐度与我国大陆东部降水呈负相关。     

我国东部地区夏季风变异规律及其与黑潮联系的初步分析

一、引言黑潮是太平洋西岸的一支强暖流,它对西太平洋付高和我国东部地区的降水有明显影响。众所周知,夏季风的强弱与我国夏季旱涝的关系极为密切,所以夏季风变异的研究,是一个很重要的课题。但是,对我国东部地区夏季风的变化规律及黑潮对其影响过程的研究,目前做得很少。为此,我们应用一维谱与交叉谱的方法,对这些问题作了较详细地分析讨论,所得结果对于实际应用与理论研究都有很好的参考价值。     

冬季南海北部海(气)温异常与长江中下游汛期雨量关系的初步分析

海温是影响长期天气过程的因子之一。也是“一个可能提高长期预报质量的物理因子”。关于长江中下游地区汛期旱涝的海温场特征已有一些研究。有的分析得出该区的汛期雨量与黑潮海域冬季(表层)海温异常有关;有的得出与冬季黄海冷水团的水温异常有关。新近,陈烈庭等的分析则得出南海南部和东南部的前期海温变化,对后期长江中下游初夏(5月)降水也有影响。 南海是一个比较封闭的高温海区,通过巴士海峡和台湾海峡与黑潮海域及东海进行着强烈的水交换,冬季南海北部(指15°N以北海区)的海温异常与黑潮区存在着准同     

中全新世冲绳海槽北部的水文气候变化:浮游有孔虫群落证据

东海东北部的浮游有孔虫群落结构受长江冲淡水和黑潮暖流的显著影响。对冲绳海槽北部NOKT-3岩芯178个样品中浮游有孔虫的统计分析, 共鉴定出壳径大于150μm的种属28种。其中, 低温低盐种Globigerina quinqueloba的百分含量在中全新世早期波动剧烈, 而中晚期呈逐渐下降趋势。G. quinqueloba是长江冲淡水指示种, 长江冲淡水的强弱受到东亚夏季风降雨的控制。因此, 据6330aBP以来G. quinqueloba含量的变化将中全新世长江中下游地区的降雨量变化划分为3个阶段:(1)6330~4950aBP降雨较强, 为全新世适宜期; (2)4950~4600aBP期间降雨开始减少, 全新世适宜期结束; (3)4600~3890aBP间降雨量明显降低, 气候显著变干。降雨量这一变化过程的机制可能是全新世早期以来北半球太阳辐射量逐渐减小, 导致东亚夏季风强度减弱, 季风前缘锋面逐渐向东南方向退缩, 因而长江中下游地区中全新世降雨量逐渐降低。此外, 黑潮指示种Pulleniatina obliquiloculata含量的变化显示, 中全新世早期6330~5100aBP期间, 黑潮比较强, 对冲绳海槽的影响持续而强劲; 中全新世晚期5100~4000aBP P. obliquiloculata含量显著降低, 对应着P. obliquiloculata极小值事件(PME), 表明中全新世晚期PME发生时区域气候并没有明显变冷, 且海槽北部的PME事件也无法用赤道太平洋长期的类El Niño状态来解释。     

冬季东海黑潮海-气热量交换对长江中下游汛期降水的影响

黑潮海区的海-气热量交换,表层水温及热含量的变异对大气环流和大陆旱涝的影响已有论述。本文的目的在于分析东海黑潮海区的海-气热量交换特征及其与整个黑潮的关系,探讨它与长江中下游降水的联系,进而计算比较东海嵊山站多年海-气热量交换的特性,得到了有预报意义的指标。一、东海黑潮冬季海-气热量交换的年际变化特性及其与整个黑潮的关系作者在分析东海黑潮海区的海-气热量收支的年平均状况和季节变化特征时指出,10—3月海-气之间的热量比较显著,特别是在严冬季节。据此,本文只着重讨论东海黑     

东海泥质沉积区8千年来的有孔虫Mg/Ca和δ~(18)O记录及其古环境意义

对东海陆架泥质沉积区MD06-3040柱状样有孔虫进行了地球化学分析,获得了底栖有孔虫(Rotalinoides gaimardii)Mg/Ca和δ18O及浮游有孔虫(Globigerina bulloides)δ18O等的高分辨率记录。通过与微体化石群、沉积物粒度等古环境替代性指标对比分析,认为研究区有孔虫Mg/Ca和δ18O的变化主要受浙闽沿岸流和台湾暖流及其相关的东亚季风所控制,并推测了研究区近8千年来的古环境演变过程:8.0~4.1 cal.kaBP时期,夏季风盛行,台湾暖流和黑潮发育强盛,底层和表层海水都具有较高的温度、盐度和δ18O值,其中底层海水温度在5.7~5.2和4.6~4.1 cal.kaBP两个时期最高;4.1~0.4 cal.kaBP时期,冬季风盛行,台湾暖流和黑潮影响减弱,浙闽沿岸流发育增强,使海水温度和盐度及δ18O显著下降;0.4 cal.kaBP以来夏季风再次变强,台湾暖流和黑潮的影响随之增强,海水温度又明显上升。     

东海黑潮强度与东亚冬季风关系的分析研究

利用卫星高度计资料和再分析资料,本文分析研究了东海黑潮强度与东亚冬季风的关系,并初步探讨了二者相互作用的可能机制。结果表明,位置相近的断面,其流强变化具有相似的特征;在年际尺度上,冬季风与东海黑潮存在相互作用。当冬季风偏强,将削弱次年2-4月SC、SD断面的流强,弱冬季风年的情况相反。冬季风对流强影响的动力过程主要通过改变Ekman输送来实现;热力过程则表现为强（弱）冬季风增大（减少）了黑潮向大气释放的热通量,从而削弱（增强）流强,这一过程主要为冬季风对黑潮的影响。当冬季风偏强时,次年10-12月黑潮中下游流强偏弱,弱冬季风年的情况相反。这一过程与2-4月情况不同,其热力过程主要表现为黑潮对冬季风的影响。强冬季风通过准两年振荡对次年冬季的黑潮流强产生影响,由此构成了一个包含海洋和大气耦合过程的正反馈机制。黑潮流域的海气相互作用过程可能受冬季风和黑潮流强相对强弱的调制,海洋过程和大气过程主导一方的转换中存在一个“临界值”。     

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。     

东南印度洋海温变化对我国东部夏季降水的影响

利用区域气候模式RegCM3对东南印度样海温变化对我国夏季降水的影响进行了模拟研究,结果表明:热带东南印度洋海温异常通过影响东亚大气环流和105°E附近越赤道气流,对南海夏季风爆发产生影响。热带东南印度洋海温异常对我国夏季降水影响显著,特别是长江中下游及黄淮地区的降水,与东南印度洋海温分别呈现出正相关及负相关的关系。     

台湾以东黑潮沉积物中的生源要素对近千年来气候环境变化的响应

基于台湾以东黑潮主流系沉积物中碳、氮、磷等生源要素指标的变化,在沉积物年代学的基础上,探讨了近千年来气候环境变化在黑潮沉积物中的历史记录。结果表明,近千年来台湾以东、琉球岛弧南侧斜坡的黑潮主流区平均沉积速率可达34.2 cm/ka,据其变化可大致分成的3个沉积阶段,与中世纪暖期、小冰期和现代暖期的划分基本一致。沉积物中碳以无机碳为主,总无机碳（TIC）的含量从1850年开始逐渐增大并伴随剧烈波动,恰好与大气CO₂水平的快速升高相对应;总有机碳（TOC）含量的变化则与东亚夏季风强度的变化关系密切,在夏季风较弱的小冰期其含量明显高于夏季风较强的中世纪暖期和现代暖期,这是由于较弱的夏季风有利于亚洲大陆风尘的产生和向海输送,从而促进了研究海域的初级生产力。1850年以来,沉积物中的C∶N∶P逐渐从低于转变为高于Redfield比,反映了上层水体营养盐结构从氮缺乏到氮充足的转变,这与近现代以来急剧增加的全球氮排放密切相关。总体来说,黑潮主流系沉积物中的生源要素指标,明确记录和响应了近千年来的气候环境变化,尤其是近150多年以来不断加剧的人类活动所造成的气候环境剧变。     

长江口、济州岛海域温、盐分布探讨

分析了长江口及济州岛以南海域温盐分布特征,指出黄海沿岸水在向南运动过程与外海水混合变性的某些规律;指出表层长江冲淡水影响的厚度及范围;阐述了黄海低温低盐水与黑潮高温高盐水的侧向相互作用,在济州岛南部海域形成了多跃层结构和逆盐逆温现象,并对整个调查海区的跃层现象进行了分类和分析。此外还分析了黄海沿岸水下沉与黑潮次—中层水爬升对东海北部底层冷水的影响。     

中国雨季降水主模态季节演变的时空特征

利用1960～2000年全国436个地面测站的逐日降水量资料,将中国雨季分为江南春雨期(3月16日～5月15日)、夏季风主汛期(5月16～7月15日)、夏季风后汛期(7月16日～9月15日)3个时段,应用S-EOF(Season-reliant Empirical Orthogonal Function)分解的方法研究了中国雨季旱涝型主模态季节演变的空间分布及其时间变化特征.主要分析了前3个主模态的时空分布特征,第一模态(S-EOF1)的旱涝分布为江南初夏旱涝型,主要显示出江南地区在夏季风主汛期以整个长江以南地区的旱或涝为主要特征,具有20～30 a的年代际振荡周期.第二模态(S-EOF2)空间向量集中体现了夏季风主汛期长江中下游流域和华南地区形成南北相反的旱涝分布,为南北跷跷板型,且这种分布在夏季风后汛期发生转变,这种南北旱涝急转型以2～4 a的年际变化为主.第三模态(S-EOF3)主要体现了夏季风后汛期长江中下游地区与华北和华南地区降水异常呈负相关关系,即自南向北呈现三明治夹心型的旱涝分布,以低频年际振荡为主,显著周期为6～8 a,同时还具有准30 a的年代际变化.     

南海夏季风爆发时期的大气环流变化特征

利用美国国家环境预报中心和气象研究中心的42年模式再分析资料,采用合成分析的方法,考察了南海夏季风爆发时期环流季节变化的特征.研究发现:尽管采用不同指标确定的南海夏季风爆发时间在有的年份差别很大,但各种不同指标对应的南海夏季风爆发时期大气环流的变化具有某些共同的特征.通过对各种指标确定夏季风爆发时间一致年份的大气环流特征分析表明,延伸到南海北岸附近地区的海上锋区对流加热和孟加拉湾北部陆地上的对流加热、沿东亚近海向西太平洋推进的冷空气是控制南海夏季风爆发的主要因素.对南海夏季风爆发早与爆发晚的年份的合成环流特征进一步表明:爆发早的年份,影响东亚附近海区的冷空气势力和南海南部的对流活动相对强,而爆发晚的年份,冷空气和南海南部的对流活动的影响要相对弱的多.日本本岛南部黑潮海区因冷空气激发的对流活动对南海夏季风的爆发也有重要的影响.     

东海带鱼(Trichiurus haumela)渔获量与邻近海域水文环境变化的关系

利用35年的东海区带鱼年渔获量资料与长江径流及东海温、盐断面资料、SST和黑潮流量资料，分析了东海渔获量年际变化与海洋环境的关系。结果表明，东海渔获量与长江径流和黑潮暖流的变化有密切的关系，长江径流量大时，东海渔获量高；反之，则低。1960年以来东海区渔获量的4次长期波动与长江径流的年代际变化基本一致。东海渔获量的丰、欠与黑潮(流量)的强、弱呈反位相变化，秋季的黑潮流量与渔获量的变化关系尤其显著；黑潮强(弱)时，东海渔获量低(高)。受长江径流和黑潮的影响，渔获量与盐度的高相关区夏季位于长江口区，秋季则位于黑潮左侧的盐锋内；东海渔获量高(低)分别与区域内盐度的低(高)变化相一致。东海区渔获量与不同季节SST变化的高相关区(即渔场区)关系密切，冬季(2月)位于东海北部的大沙渔场，春(5月)、夏季(8月)位于长江口舟山渔场，秋末初冬(12月)位于舟山及陆架暖流区，渔获量丰年与渔场区SST正异常相对应。     

黑潮关键区的海面放热量对长江地区梅雨降水的影响

依据3、4月黑潮关键区(26°-30°N,125°-130°E)的海面放热量,研究了黑潮热状况对长江地区梅雨降水的气候效应。结果表明:黑潮关键区的海面放热量对长江地区6、7月间的梅雨降水有一定的影响,长江地区5个测站(武汉、九江、安庆、南京、上海)的拟合率为9/20-13/20。海面放热量对均匀型梅雨降水影响较大,长江下游地区的拟合率达7/10-8/10。由黑潮关键区3、4月海面放热量及海温距平组成的上海站梅雨降水预测式能较好地符合实况。     

东海黑潮表层盐度分布特征及其影响因素

利用美国国家海洋大气管理局2007年发布的全球海域温、盐数据库资料,美国地球物理数据中心2006年发布的海底地形数据库资料以及日本海洋科学与技术机构2003年发布的1997—2002年东海地区月平均降水量资料,研究东海黑潮表层盐度的月季分布特征,并分析其影响因素。结果表明,东海黑潮表层盐度存在明显的月季变化特征。总体而言,12月至次年3月表层盐度高,6—9月表层盐度低,4、5月和10、11月为过渡阶段;表层盐度高值分布在东海黑潮主段靠近东边界一侧;6—9月入口段的表层盐度高于出口段的表层盐度,其他月份入口段的表层盐度低于出口段的表层盐度。东海黑潮表层盐度主要受表层温度、降水、径流的影响。冬、春、秋季的表层盐度分布在黑潮主段靠近陆架一侧区域受表层温度影响大;降水对东海黑潮表层盐度产生局部小范围的影响,时间主要集中在1月和6—8月份,区域分布在低纬25°N以南和30°N附近。长江冲淡水夏季对东海黑潮表层盐度的影响大于其他季节对东海黑潮表层盐度的影响,7月长江径流量达到最大值时,对应的黑潮扇形区的盐度最低。