北太平洋副热带模态水形成区潜沉率的年际变化及其机制

根据Huang和Qiu 1995年的潜沉率计算公式,采用同化的海洋模式资料和海洋-大气界面的通量观测资料,计算了北太平洋副热带海域3个模态水形成区逐年的潜沉率,研究了潜沉率产生年际变化的机制.研究结果表明:西部、中部和东部3个模态水形成区潜沉率的年际变化主要周期分别为6,2~5和2 a;北太平洋副热带模态水的3个形成区的潜沉率都发现年代际的变化特征:在1985年以前,西部模态水形成区的潜沉率年际变化最为显著,但1985后年际变化振幅明显减小;在中部模态水形成区,1975~1992年间潜沉率随时间的变化的振幅较大,潜沉率在这段时间内的平均值也达到33.99 m/a,而在1970~1975年间和1993~1998年间潜沉率都小于20 m/a;西部副热带模态水形成区的潜沉率的年际变化与这里海面的净热通量的年际变化有很好的相关性,中部副热带模态水形成区潜沉率的年际变化则取决于局地Ekman流的年际变化,而在东部模态水形成区局地风应力旋度的变化直接影响潜沉率的大小.     

北太平洋副热带中部模态水潜沉区的热收支———个全球海洋模式数据的结果

使用一个全球海洋环流模式的18 a(1993～2010 年)数据, 对北太平洋副热带中部模态水(CMW)潜沉区混合层内热收支的空间分布状况及其季节和年际变率特征进行了分析, 并重点讨论了热收支与太平洋年代际震荡(PDO)之间的相互关联。结果表明, CMW 潜沉区的热收支是海表热力强迫与海洋动力过程之间的平衡。其中混合作用, 特别是湍流扩散是海洋动力过程的主要分量, 对该海区混合层内部的热量耗散起到关键的作用。该海区的热收支具有显著的季节变化信号, 在春夏季与秋冬季存在明显的差异。热收支的年际变化与PDO 的超前滞后相关性分析表明, 该海区的混合层温度(MLT)具有显著的PDO 信号, 同时 PDO 与 MLT 两者随时间的变化信号( ?[P]/?t 与?[T]/?t )之间也有强相关性。?[P]/?t与海表热力强迫项(SEF)显著的相关性表明, SEF 可能会对PDO信号的产生及变化过程产生重要的影响;?[P]/?t 与夹卷项的高相关性则间接证明潜沉的 CMW 的温度存在 PDO 信号; 作为海洋动力过程的主体, 扩散项和平流项均会对PDO 信号变化做出滞后响应。本研究增进了对CMW 潜沉区混合层内海水温度变化特征的认识。     

副热带东北太平洋混合层深度及潜沉率季节循环对全球变暖的响应

本文利用第五次国际耦合模式比较计划（CMIP5）中的地球系统模式（ESM2M）,结合Argo观测数据和由Ishii等整理的再分析数据集,分析现在气候背景和辐射强迫极端增强下副热带东北太平洋海域（10°～40°N,110°～160°W）混合层深度（MLD）和潜沉率的季节变化特征,研究其对全球变暖的响应。在现在气候背景下,二者最大值均出现在冬季。潜沉率的主要贡献项存在显著的季节变化差异,1−5月主要受侧向潜沉率的变化控制,6−12月则由风应力旋度导致的埃克曼抽吸速度变化主控。全球变暖后,季节循环信号的主控要素不变。但受风应力旋度等要素变化的影响,各季节的MLD减小,大值区范围收缩。由于冬季减小幅度远大于夏季,MLD季节波动幅度（振幅）显著变小。长期看,MLD呈现持续变浅的趋势,其空间不均匀性减弱引起的MLD锋面减弱是控制侧向潜沉率减弱,最终导致总潜沉率减弱的关键。由于埃克曼抽吸速度的季节变化信号对全球变暖的响应较小,因此总潜沉率在冬季受全球变暖的影响最为强烈。上述结果表明,构成潜沉率的两个关键要素对总潜沉率的贡献比例是随着季节变化而改变的：冬季MLD锋面强盛时期,侧向潜沉率的影响将显著增强。全球变暖前后二者截然不同的变化会显著改变潜沉率的季节循环振幅,可能对该区域模态水的形成和输运产生深远的影响。     

北太平洋冬季大气年代际振荡及其相关的SST变化

20世纪60年代， Namias(1969)就发现北太平洋海平面气压(SLP)存在10a以上长周期的变化，这种变化与北美冬季气温异常密切相关。70年代以后，又有人(White et al.，1972； Trenberth，1990； Trenberth et al.，1994)对上述变化作了进一步的验证，并指出1976年以后北太平洋的SLP异常偏低，即阿留申低压异常偏强。以阿留申低压为主要活动中心的大气年代际振荡被称为北太平洋涛动(NPDO)，它与北大西洋涛动(NAO)一起构成年代际气候变动最重要的观测依据，北太平洋年代际振荡的机制也引起了人们的广泛兴趣。作为大气运动的缓变下垫面强迫之一的海表面温度(SST)，它的异常变化对年际气候的显著影响已被公认(Wallace et al.，1981，1998)，由此推断，其对年代际时间尺度气候变化的影响可能也不可忽视。众所周知，SST年际变化最显著区位于赤道中东太平洋(如Nino 3区)，而与北太平洋年代际振荡显著相关的SST变化(时间变化和空间分布)又如何呢?作者就这一问题，分析了北太平洋大气环流年代际振荡的时、空变化特征，并揭示了与之相关的SST变化的时间变化和空间分布。     

北太平洋副热带模态水盐度的年代际变化

副热带模态水(Subtropical Mode Water;STMW)在气候变化中起着重要作用。本文利用全球高分辨率数值模拟结果,研究了北太平洋STMW核心层盐度(Core Layer Salinity;CLS)的年代际变化及其物理机制。结果表明,CLS存在显著的年代际变化,其空间分布则与背景流场分布特征有关。侵蚀区CLS滞后生成区CLS约1~2年,这主要是海流平流输运引起的。生成区内,STMW的季节循环一般可分为生成期(12-4月)、隔离期(5-6月)和侵蚀期(7-11月),生成期混合层盐度(Mixed Layer Salinity;MLS)决定着隔离期和侵蚀期的CLS,而MLS年代际变化则主要由同太平洋年代际涛动存在负相关性的海表面淡水通量的变化引起。     

热带太平洋海面高度年代际变化的研究

采用SODA海面高度(SSH)数据研究热带太平洋海域的年代际变化.结果表明,热带太平洋海面高度场存在与太平洋年代际涛动(PDO)时间过程基本一致的年代际变化,但是SSH异常的空间分布与SST异常的是不同的.热带海域年代际变化的典型空间分布:海面高度异常在热带海域存在东西方向的反向变化,在西太平洋只有1个变化中心,而在东太平洋形成2个对称于赤道的变化中心.热带太平洋海面高度的年代际变化有2个基本周期:13 a左右的周期和30 a以上时间尺度的气候转型周期.其中13 a周期的年代际变化与ENSO年际过程无关,是热带太平洋年代际变化的重要组成部分.由于数据时间长度的限制,气候转型的时间尺度还不明确,也不清楚其是否有明显的周期性.比较热带东西太平洋年代际变化的特征,可以发现以气候转型期的年代际信号在东西太平洋几乎是同时发生的,而13 a左右周期的年代际信号在赤道附近却存在自西向东方向的传播.     

关键海区潜沉率对全球变暖停滞的可能影响

本文从潜沉率入手,探究了潜沉率在全球变暖停滞过程中可能发挥的作用。本文利用SODA资料首先分析了全球潜沉率的时空分布特征,然后基于EOF分解明确了北大西洋翻转流区域和南极绕极流区域是潜沉率变率较大的两个海区,在此基础上选出了4个关键海区研究了局地潜沉率变化与全球海表温度异常之间的相关关系,最后对关键区潜沉率变化的原因进行了初步探索。结果表明,北大西洋翻转流和南极绕极流范围内的关键区域与全球变暖停滞之间存在超前10年的相关关系,潜沉过程可能是北大西洋翻转流和南极绕极流对全球变暖停滞产生作用的一种机制。平流项在这些关键区域的潜沉率变化中起主导作用。在南极绕极流地区,海面风应力的大小与该区域的潜沉变化密切相关。     

热带太平洋海面风的年际变化对海平面变化的影响

海平面变化研究的意义在于掌握其变化规律,预测其未来变化及其可能对人类生存生活环境产生的影响。本文使用随机动态和相关分析方法分析卫星高度计资料,结果发现,除了显著的季节信号外,全球海平面存在显著的2～7a的年际周期,相关分析结果显示,这一年际周期跟ENSO密切相关。在太平洋不同纬度海平面对ENSO事件的响应整体上呈现出高纬衰减的变化特征。ENSO期间海平面变化剧烈,在热带太平洋区域,海平面变化受纬向风应力的调制,具有区域特征,海平面的年际变化与赤道流相关达0.6以上,揭示了风主要是通过Ekman作用影响海平面变化。     

1950～2010年PDO 对北太平洋地区海平面变化影响的量化与评估

本文研究和估计了1950～2010年不同太平洋年代际涛动(Pacific decadal oscillation, PDO)事件对北太平洋地区的海平面上升趋势所造成的影响。研究使用了SODA(Simple Ocean Data Assimilation)的海表面高度(sea surface height, SSH)数据资料, 通过多元线性回归方法, 分离了由PDO事件所引起的海表面高度变化(PDO-SSH), 以此分析PDO事件对海平面变化所造成的影响。结果表明, PDO-SSH所引起的海表面变化趋势的空间分布, 及其对区域海平面变化的遮掩效果, 和对应时期内PDO信号的振幅和周期有着紧密的关系。进一步的分析表明, PDO事件对北太平洋地区SSH变化所造成的影响是不均匀的, 在东西太平洋有着相反的变化趋势。1960～1989年, 具有较长数据时间长度的PDO信号对海平面变化的影响, 要强于高度计投入使用后的时期的表现, 而受其影响最重的海域出现在赤道西太平洋海域、阿留申群岛及北美沿岸地区, PDO-SSH在上述地区SSH的占比甚至高达60%。     

北太平洋海温的遥相关型

本文研究了北太平洋海水表面温度的遥相关型,指出:北太平洋海温有3个遥相关区,分别在西风漂流区、亦道东太平洋区和阿拉斯加湾区。这3个相关区的结构十分类似于大气中的PNA结构。用赤道东太平洋和西风漂流区之间的海温差作为太平洋海温指数PTI,它能代表北太平洋65％海区的海温变化,可以作为太平洋海温场PNA结构的变化指数,用来监视剧Nino和反E1 Nino事件的发生和发展。     

北太平洋海温的主成分分析

对北太平洋(55°～20°N)的SST进行了主成分分析(1951～1986年)。分析表明:前五个特征向量空间型是北太平洋SST非季节变化的主要型,它们约占海温场总方差的50％。第一特征向量空间型反映了与埃尔—尼诺现象有关的大尺度分布特征。相应的时间系数序列的变化,可以清楚地鉴别50年代以来出现的埃尔—尼诺时期。它的10阶多项式反映了历史上的变暖(变冷)和变冷(变暖)期。其余特征向量空间型,反映了占北太平洋大气活动中心(如阿留申低压和西太平洋高压)和洋流区、非洋流区有关的海温分布特征。同样,对它们的时间系数序列进行了分析讨论。最后,根据前五个时间系数的线性变化趋势。对北太平洋海温变化趋势进行了讨论。     

北太平洋海温场的时空特征分析

近年来运用海表温度作副热带高压和长期天气预报方面取得了显著效果,为了进一步探讨海洋对气候和长期天气过程的影响,必须重视海温场的特征分析。这几年已有一些工作[1,3,7],从不同侧面对北太平洋海温场进行研究。本文试图从海—气相互作用的角度分析北太平洋海温场的时空分布特征及其年际变动,进而讨论它们对大气的影响。     

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.     

太平洋表层海温的年代际变化

众所周知，ENSO(El Nino/ Southern Oscillation)是发生在热带太平洋的年际时间尺度上最强的气候信号，与 El Nino (La Nina)相应的正(负)海温距平(SSTA)主要分布于赤道中东太平洋地区(Rasmusson et al.，1982)。相对于热带太平洋的年际ENSO现象，人们注意到北太平洋海平面气压(SLP)存在更长周期的年代际变化(Trenberth et al.，1994)，有人认为这与北太平洋的表层温度(SST)变化有关(Latif et al.，1994)，也有人认为与热带SST的异常关系更为密切(Jacobs et al.，1994)。20世纪80年代后的ENSO事件和20世纪60，70年代有明显的差别(Wang，1995)，20世纪90年后El Nino发生频数增加，并且在1997和1998年出现了20世纪最强的一次Nino事件(McPhaden，1999)。 因此，不论是作为大气年代际变化可能的一个驱动因子，还是作为年际ENSO的背景场，从整体上了解太平洋SST的年代际时间尺度上的时、空变化特征都是十分重要的。     

北太平洋风场特点

本文根据 1950～1995年共46a的北太平洋气象船舶报资料，按 5°＊5°网格统计的逐月平均气压、风向频率、平均风速、≥6级和≥8级大风频率等要素进行绘图分析，阐明了北太平洋气压场、风场特点及其变化规律。     

黄、渤海海冰长期变化特征分析

选取渤海、黄海北部冰情等级、冰面积资料和大气环流逐月资料,采用小波分析和交叉小波分析方法,研究海冰长期变化特征及其气候成因。结果发现黄、渤海海冰具有多尺度变化特征,存在低频变化、高频变化和无明显周期的演变过程。西太平洋副高、亚洲极涡以及纬向环流是影响海冰生成与变化的直接因素。黄、渤海海冰还与印度洋副高、北美副高,以及大西洋副高存在显著年代际相关关系。     

北太平洋冬季海水层结分析

本文利用最新ARGO全球海洋观测网的资料，计算了北太平洋冬季的海水层结，发现北太平洋冬季海水存在层结曲线呈单极值、双极值和多极值等多种结构，本文将其初步概括为6类，并对各类层结的温度结构作了分析。     

北太平洋海浪场时空变化特征分析

根据1950—1995年共46a的北太平洋船舶气象报资料,对按5°×5°网格统计的海浪要素进行分析,阐明了北太平洋浪、涌的特点及其变化规律。该区赤道地区常年盛行东北浪,冬季海浪比夏季强盛,相应的平均波高、大浪大涌频率也较大。该海域与北印度洋同属季风气候区,但其特点正好相反。     

LONG-RANGE CHANGES OF CORRELATION BETWEEN THE TYPHOON FREQUENCIES IN SEVEN REGIONS IN EAST ASIA AND SEA SURFACE TEMPERATURE IN THE NORTH PACIFIC

The correlation coefficients between the typhoon frequencies for the seven regions in East Asia (i. e. Xisha, Guangzhou, Xiamen, Shanghai, Naha, Kagoshima and Nagoya) and the monthly-mean sea surface temperature (SST) from 2 years before to 1 year after are calculated, indicating that the most significant correlation appears in the period from the summer of 2 years before to the summer of 1 year before. During this period negative correlations are located in the northwestern part of the North Pacific while the positive ones located in the southeastern part. It is found that the positive correlations change into the negative ones in Equatorial East Pacific in the same year (simultaneous correlation). The high-level correlation region in 1 year after is found in the area of Alaska Current. It is also suggested that there are interannual variations of about 1,1.5 and 2 years for the changes of the correlation intensity.