利用卫星高度计资料分析热带大西洋表层环流的季节性变化

利用1993年4月至2001年3月的TOPEX/POSEIDON卫星高度计遥感资料,研究了热带大西洋(15°S-25°N,50°W-5°W)海面高度距平和表层环流结构的季节性变化。研究结果表明:夏季和冬季海面高度距平分布呈相反的结构,低纬度海区(0°-15°N之间的海区)海表风应力旋度所产生的Ekman抽吸而导致的海面升降是该海区海面高度距平季节性振荡的重要影响因素。热带大西洋表层流结构大部分海域季节变化不明显,部分流系具有明显季节振荡,东向的北赤道逆流夏季强度较大,冬、春季流速较小;非洲沿岸流冬季流向为东南向,其他季节流向为东北向。值得一提的是,几内亚海湾表层流秋、冬季为东向,而春、夏季为西向。通过卫星跟踪ARGOS漂流浮标观测结果进行的对比验证表明,上述遥感资料分析的表层地转流场与海上观测结果一致。     

南海北部海面高度的季节内变异及其传播特征 *

利用25年(1993—2017)的卫星高度计资料, 采用复经验正交函数(complex empirical orthogonal function, CEOF)方法, 分析南海北部海区海面高度季节内变异的时空分布及传播特征。标准差分析表明, 南海北部海面高度的季节内变异(intra-seasonal variability of sea level anomalies, SLA-ISV)在沿陆坡外侧区较强, 且SLA-ISV表现出明显的季节性变化, 冬半年强于夏半年。CEOF前两个主要模态能较好地揭示研究海区SLA-ISV的时空分布及其传播特征, 并表明SLA-ISV的强度受到季节性变化和年际变化的调制。全年CEOF的第一模态揭示SLA-ISV从台湾岛西南至西沙群岛以东区域的冬半年西南向传播特征; 而全年CEOF的第二模态则表现了SLA-ISV分别在台湾岛西南和东沙群岛西南的西南向传播特征。南海北部中尺度涡季节变化统计分析表明, CEOF的分解结果与南海北部的涡旋活动一致。     

由卫星高度计数据确定南海长周期分潮及季节环流

应用1993～2002年的Topex／poseidon卫星高度计数据,经沿迹潮汐调和分析方法,提取Sa分潮调和常数。由调和常数内插得到南海及邻近海域分潮波模型。根据潮汐模型计算了各季节平均海面距平并进而计算了平均季节环流,初步分析了海面高变化和季节环流的特征。     

TOPEX/POSEIDON高度计浅海潮汐混淆的初步分析

根据对卫星轨道特征和观测结果的分析,对TOPEX/POSEIDON(简称T/P)星载高度计在我国近海的潮致混淆现象进行了初步研究.分析表明,在浅海区T/P高度计的观测结果存在很强的潮致高频混淆.NASA分发的地球物理记录中所提供的潮汐订正值虽适用于大洋,但不能有效地除去浅海潮汐.虽然如此,T/P潮致混淆的主要频段的周期小于90d,因而可以通过滤波方法提取周期较长的海面高度季节信号,从而用于季节环流(如南海季风环流)的研究.采用FFT/IFFT方法滤波试验的结果显示,T/P的海面高度观测结果有很高的精度,滤波处理后的海面高度距平变化和地面潮位观测结果一致性良好,上、下行轨道交叉处相邻测点间的标准偏差在3cm左右,可满足南海环流研究的需要.     

太平洋东南海域海面高度的季节及年际变化特征

利用1992～2001年Topex/Poseidon卫星高度计遥感资料分析了太平洋东南海域 (5°～55°S ,70°～110°W)海面高度的季节及年际变化特征。研究结果表明 ,海区海面高度的季节变化总体上受太阳辐射季节变化的影响 ,南半球夏季 (1～3月 )和秋季 (4～6月 )大致为正距平 ,而冬季 (7～9月 )和春季 (10～12月 )大致为负距平 ,1996～1998年除外 ;同时 ,受季节性风场、海区罗斯贝波等的影响 ,海面高度变化的区域特征性很强。海面高度的年际变化在低纬处和沿岸还受ElNino影响。     

南海海面高度季节变化的数值模拟

比较POM模式模拟与观测(TOPEX/Poseidon高度计资料)的南海海面高度(SSH)的季节变化在空间分布上的一致性和差异.结果表明:本文使用的POM模式能较好地模拟南海SSH的季节变化;冬季与夏季,春季与秋季南海海面异常场形式完全相反,冬季Ekman输运造成在西海岸的堆积要比夏季在东海岸堆积更明显,而吕宋冷涡中心附近和吕宋海峡海面季节变化振幅最大;除春季以外,在南海绝大部分海域,海面高度的季节变化主要受风力的控制,南海海面热量通量对SSH的季节变化贡献约为20%,风应力对SSH的季节变化的贡献约为80%.     

1998年冬季南海环流的三维结构

利用1998年11月28日至12月27日南海的调查资料,采用三维海流诊断模式,计算了冬季南海三维海流,所得结果如下:(1)冬季南海环流系统方面:1)南海北部,在吕宋西北海域分别存在一个气旋式、反气旋式涡.2)南海中部,在越南近岸存在较强的、南向的西边界射流.其以东海域出现较强的气旋式环流.南海中部东侧海域存在一个较弱的反气旋式环流.3)南海南部,一般流速较弱.在112°E以西受反气旋式环流所控制,加里曼丹岛西北海域存在气旋性环流.由于受调查海域所限,这两个环流只部分出现.(2)上述环流系统与200 m层水平温度、密度分布对应较好.(3)南海冬季环流垂向速度分布方面:1)表层,南海北部,在吕宋西北为范围较大的上升流海区.而在东沙群岛附近海域出现了下降流.海南岛以南及东南海域也存在下降流.南海中部,越南以东海域出现范围较大的下降流,其以东为上升流海域,而在巴拉望岛西北海域又出现下降流.南海南部,基本上被上升流海域所控制.2)次表层与表层不同,例如在次表层,海南岛东南部海域出现上升流.中层和深层垂向速度分布与次表层相似.(4)关于南海垂向速度分量分布的动力原因:在表层,风应力旋度场起着主要作用;在次表层,β效应与斜压场相互作用是重要的动力因子,而风应力旋度场和β效应与正压场相互作用也有一定影响;在南海中部等区域的中层以及在南海的深层,主要受B效应与斜压场相互作用和B效应与正压场相互作用的共同作用.     

南海海面风速季节特征的卫星遥感分析

利用ＧＥＯＳＡＴ卫星高度计于１９８６年１１月至１９８９年３月;司所测的南海海面风速资料,统计分析了南海海面风速的统计特征以及海面风场的分布特点。分析结果表明：南海海区风速受各种天气系统（如季风、台风、副热带高压等）的影响显著,表现为春、夏、秋季平均风速较小,冬季较大,风场分布呈现出夏季南部大,北部小,其他季节为由南向北增强的分布趋势,并在１０°Ｎ,１１０°Ｅ附近海区各季都有一较为稳定的高风速区,其范围大小和中心位置随季节略有变化。     

中国南海表层叶绿素a季节内变化特征及成因

对中国南海表层叶绿素a季节内变化的研究有助于深入认识其海洋特征,满足渔情预报等实际应用需求。利用卫星观测资料分析南海表层叶绿素a不同季节的季节内变化特征,结果表明南海表层叶绿素a季节内振荡强度冬季最高。冬季和春季的季节内振荡最强区域都位于吕宋岛西北侧海区,夏季和秋季振荡较强的区域偏向菲律宾群岛一侧。分析表明研究海区表层温度和表层叶绿素a 存在负相关,冬强夏弱,北强南弱。大部分海区海面高度和叶绿素a 相关性不显著,但南海东南边缘海区海面高度和叶绿素a在季节内存在正相关。冬季海盆尺度逆时针旋转的环流结构应是这些现象产生的原因。除南海东南边缘海区、海南岛东南海区和吕宋岛西侧海区之外,风应力大小和热通量均与叶绿素a 在季节内呈正相关。这显示非局地风场和海流等因素、海洋动力调整过程可能在吕宋海峡以西和南海东南边缘的表层叶绿素a 季节内变化中起到重要作用。     

用TOPEX/Poseidon资料研究南海潮汐和海面高度季节变化

采用引入差比关系法对南海TOPEX/Poseidon卫星高度计算资料进行了潮汐分析；根据所得潮汐调和常数对卫星高度计测得的海面高度进行潮汐订证，进而得到南海各季节的海面高度距平。结果表明，南海冬、夏季季风强盛期海面高度距平位相相反，南海中部夏季为正距平，且有2个正距平中心；冬季为负距平，且有2个负距平中心。春、秋季是不同的季风过渡期，海面高度距平分布也明显不同：南海中部春季为正距平，且只有1个正距平中心；秋季为负距平，且只有1个负距平中心。研究表明，长周期分潮Sa和Saa的叠加值可以很好地逼近南海海面高度距平。根据平均海面和海面高度距平得到了合成的海面高度和地转流场，发现南海表层地转流总体上是气旋式的；秋、冬季表层环流的西向强化十分明显，春、夏季较弱；冬季黑潮通过吕宋海峡进入南海北部，夏季基本上没有进入南海。     

南海大尺度地转环流的季节特征

使用Ｓ．Ｌｅｖｉｔｕｓ的温度、盐度的气候资料，用诊断分析方法获得南海年平均和各季的海面起伏以及大尺度地转环流的统计结果，并比较了其季节变化。结果表明：南海冬、夏季的地转环流场有相反的流动趋势；但在东北部常年存在气旋式环流，在其驱动下巴士海峡西侧存在准定常的Ｎ向流；南海还存在明显的随季节变化的强流区。     

Climatological characteristics of monsoons and tropical cyclone activities over China seas and their influences on hydrological and seasonal structures over the South China Sea

The aim of this paper is to study whether the features of perennial summer over the South China Sea remain constant all the year round or not , and whether there are any seasonal differences throughout the year or not. According to the characteristics of remarkable monsoon and frequent typhoon, the influences of monsoon and tropical cyclone on the hydrological features and the seasonal structure over the South China Sea are analysed by using examples. It may be considered that in the perennial summer area over the South China Sea, it is summer all the year round, but it does not remain constant throughout the year. On the basis of index dates of developing stages for winter and summer monsoons as well as the seasonal characteristics of typhoon frequency,the perennial summer season over the South China Sea may be divided into four periods, namely, early summer, midsummer, sweltering summer and late summer. The concrete classification and the hydrological seasonal feature of each period are discussed.     

南海上层季节环流局部分析与验证

研究南海环流的方法很多,采用GDEM资料,运用P矢量方法,得出了南海春季、夏季局部的上层流场分布情况.通过分析并结合UCM-60超声海流计和ADCP走航式测流仪相关实测数据,初步验证了这种研究南海上层季节环流所用的数值计算方法.     

南海表层水温场的时空特征与长期变化趋势

本文利用月平均表层水温（SST）、850hPa经向风和西太平洋副热带高压等资料分析了南海表层水温距平（SSTA）场的时空特征和长期变化趋势,并探讨了SST的年际和长期变化原因．结果表明,南海SSTA场分别存在着以全域同位相振荡和东南一西北向反位相振荡的两个主要模态．其中,前者是主要模态,以年际振荡为主,而后者则是次要模态,以季节振荡为主．进一步分析发现,南海中部的SST存在着显著的年际和年代际变化,并在1981年前后发生了一次由低到高的气候转变,而且南海中部SST的长期变化趋势非常明显,在1950—2006年间增温0．92℃．相关和合成分析表明,南海SST的年际和长期变化可能是由南海上空的经向风异常和西太平洋副热带高压的纬向变动引起的．     

南海上层环流季节变化的诊断计算

通过一个全球的二维诊断模型,采用Levitus温盐资料和COADS风应力资料,并结合动力计算来研究南海上层环流的季节变化。计算结果与其它模式结果和观测结果非常相似。南海北部(南部)全年存在一气旋式(反气旋式)环流。在冬季气旋式环流几乎占据了整个南海,夏季则以反气旋式环流为主。泰国湾的环流在冬季(夏季)是气旋式的(反气旋的)。南海的西边界流有明显的季节变化,其在冬季从卡里马塔海峡流出南海,夏季部分西边界流从台湾海峡流出南海。越南离岸流在春季就开始出现,其位置比夏季的越南离岸流的位置偏北。     

Variations of the seasonal behavior of geostrophic circulation in the Black Sea

On the basis of the results of processing of the archival hydrological data, we analyze the seasonal behavior of geostrophic circulation in the Black Sea and its long-term variations. It is shown that the variations of currents on the decadal time scales with different manifestations in different seasons lead to changes in the characteristics of the seasonal course of geostrophic circulation in the second half of the last century. The intensification of winter circulation and weakening of summer circulation observed since the mid-1970s result in the increase in the amplitude of the annual course of current velocity on the sea surface. We also discuss possible causes of variations in the intensities of geostrophic currents in the Black Sea.     

Trends of sea surface wind energy over the South China Sea

Studies on climate change typically consider temperature and precipitation over extended periods but less so the wind. We used the Cross-Calibrated Multi-Platform (CCMP) 24-year wind fi eld data set to investigate the trends of wind energy over the South China Sea during 1988-2011. The results reveal a clear trend of increase in wind power density for each of three base statistics (i.e., mean, 90 th percentile and 99 th percentile) in all seasons and for annual means. The trends of wind power density showed obvious temporal and spatial variations. The magnitude of the trends was greatest in winter, intermediate in spring, and smallest in summer and autumn. A greater trend of increase was found in the northern areas of the South China Sea than in southern parts. The magnitude of the annual and seasonal trends over the South China Sea was larger in extreme high events (i.e., 90 th and 99 th percentiles) compared to the mean conditions. Sea surface temperature showed a negative correlation with the variability of wind power density over the majority of the South China Sea in all seasons and annual means, except for winter (41.7%).     

Features of eddy kinetic energy and variations of upper circulation in the South China Sea

The features of eddy kinetic energy (EKE) and the variations of upper circulation in theSouth China Sea (SCS) are discussed in this paper using geostrophic currents estimated from Maps of Sea Level Anomalies of the TOPEX/Poseidon altimetry data. A high EKE center is identified in the southeast of Vietnam coast with the highest energy level 1 400 cm2 ·s~(-2) in both summer and autumn. This high EKE center is caused by the instability of the current axis leaving the coast of Vietnam in summer and the transition of seasonal circulation patterns in autumn. There exists another high EKE region in the northeastern SCS, southwest to Taiwan Island in winter. This high EKE region is generated from the eddy activities caused by the Kuroshio intrusion and accumulates more than one third of the annual EKE, which confirms that the eddies are most active in winter. The transition of upper circulation patterns is also evidenced by the directions of the major axises of velocity variance ellipses between 10°and 14.5°N     

基于SODA资料的南海表层风能输入的空间分布与长期趋势研究

海面风不仅是驱动上层海洋运动的主要动力, 其能量也是维持海洋表层流动的主要机械能来源。为了分析南海表层流风能输入的变化, 用SODA(Simple Ocean Data Assimilation)(1901—2010)资料估算了风向南海表层流(表层地转流+表层非地转流)的能量输入。结果表明, 风向南海表层流、表层地转流和表层非地转流输入的能量总体均呈减少趋势, 110年间分别减小了约56%、65%和49%。导致风能输入减小的最主要因素是风应力的减弱(减小了35%)。由于南海受季风系统的控制, 风向表层流及其各成分输入的能量呈现出显著的季节性变化。冬季风能输入最强, 高值区位于南海西部及北部区域, 呈一个显著的“回力镖”状结构。这些结果对深入认识南海环流具有理论意义。     

南海QuikSCAT海面风场变化特征分析

基于QuikSCAT海面风场产品,对海面风场资料进行了EOF分析和随机动态分析,以此分析南海海面风场的变化特征。研究发现:海面原始风场风速季节变化最为明显,其变化占总变化方差的59.1%,黑潮的季节变化通过海气相互作用对南海局地风场有较明显的影响;原始风场第三模态及异常风场第二模态时间变化函数与SOI和PDO弱相关,且异常风场第二模态时间变化函数谱分析结果主要呈现5年的周期变化,南海海面风场变化与年际振荡有关;南海大部分海区风速呈现增长的趋势,但增长速率较小;风速增大最快的区域是台湾海峡以南海域和北部湾,增长速度达到0.05 ms-1a-1。