经略21世纪海上丝路:地理概况、气候特征

自然环境特征对海洋开发建设有着重要影响,为了更好地为21世纪海上丝绸之路建设提供科学依据,文章重点对南海、孟加拉湾、阿拉伯海三大海域的地理概况、气候特征进行系统性统计分析。结果表明,该海域的风场、风浪、表层海流受季风影响明显,其中阿拉伯海和孟加拉湾受西南季风的影响更为明显,冬季风的影响次之,南海则相反。阿拉伯海的热带气旋主要活动于其东侧,孟加拉湾则在其中东部区域,南海主要是北部海域受热带气旋影响明显。南海—北印度洋的能见度整体乐观。夏季降水明显多于冬季,夏季大值区分布于印度半岛西部近海、孟加拉湾东北部、马尼拉西部区域。     

亚洲夏季风环流及雨季进退的非同步性

亚洲季风区雨季及高低空夏季风环流在建立、维持及撤退上存在着显著的时间差异,这种差异被称为"非同步性"。通过对1979～2006年CMAP降水资料及NCEP/NCAR再分析风场资料的分析,本文发现:(1)对于夏季风的建立,孟加拉湾中部至菲律宾海,低空850 hPa夏季西南风的建立日期明显要晚于雨季的开始,而阿拉伯海和印度地区雨季的开始则晚于夏季风的建立;对于200 hPa的高空环流,这种风雨非同步的关系与低空季风环流与降水建立的关系基本一致,但西北太平洋热带地区正好相反。(2)对于夏季风的撤退,低空850 hPa上,从75°E～125°E,夏季风的结束在雨季结束之前,其中孟加拉湾中部及南海中西部较为显著,而阿拉伯海中部以及菲律宾东南海域,雨季的结束远远早于(4～5个月)夏季风的撤退;对于200 hPa的高空环流,整个亚洲季风区夏到冬季型风场的转变要晚于雨季的撤退,但在15°N附近的印度半岛和中南半岛东部沿岸地区典型的春秋雨季转换区域,高空环流场的转换略早于雨季的终止。(3)南海北部地区,高空200 hPa环流表现出较为显著的冬夏季节翻转,与南海雨季的爆发联系紧密;印度地区雨季的开始与该处高低空异常Hadley环流的建立以及阿拉伯海上空夏季风的建立有密切联系,而与当地低空环流的季节性反转联系不大。     

赤道印度洋海温偶极子的气候影响及数值模拟研究

在分析研究印度洋海温变化的基本特征,尤其是在分析赤道印度洋海温偶极子及其影响的基础上,利用IAP9L大气环流模式模拟研究了赤道印度洋海温偶极子异常对亚洲季风区气候变化的影响.其结果表明,印度洋、亚洲南部和东部地区的流场和降水都对印度洋海温异常的强迫作用比较敏感.正位相印度洋偶极子的作用使得赤道东印度洋-印度次大陆南部-阿拉伯海一带出现距平东风,孟加拉湾-中南半岛出现异常反气旋性环流,从而对减少印度南部和中南半岛南部、印度尼西亚地区的夏季降水,以及增加中国南部和东非的夏季降水有十分重要的作用.与此相反,负位相印度洋偶极子的作用将使赤道东印度洋附近出现西风异常,孟加拉湾-中南半岛存在异常气旋性环流,从而使印度次大陆和中南半岛南部、印度尼西亚地区的降水增加,使中国西部和孟加拉湾的降水减少.数值模拟结果与资料分析相互映证,切实地揭示了印度洋海温偶极子对亚洲季风区的气候变化有重要影响.     

最近6.5～2.2 Ma黄土高原粉尘通量变化及其指示的东亚冬季风演化和亚洲干旱化

黄土高原红粘土沉积与北太平洋885/886孔深海沉积记录的亚洲粉尘沉积通量对比显示,海陆风尘记录万年尺度的变化趋势一致,指示了6．5Ma以来亚洲内陆干旱化和冬季风环流变化的历史：6．5MaRP粉尘源区出现一定程度的干旱化,粉尘通量增加,为红粘土的形成提供了物质基础;5．2～3．6MaBP源区气候较为湿润,冬季风环流偏弱,导致粉尘通量大幅下降;3．6～2．6MaBP。由于青藏高原加速隆升,导致源区气候迅速干旱,冬季风环流发展,粉尘通量急剧增加。但海陆粉尘通量变化也存在差异,显示出区域及半球或全球尺度上粉尘输送方式的不同。     

西太平洋暖池区海温异常对冬季环流影响的数值研究

应用全球气候模式就西太平洋暖池区冬季海温异常对冬季大气环流及东亚冬季风的影响问题进行了数值试验.结果表明;西太平洋暖池区海温异常可以引起太平洋中东部Walker环流加强并使其位置东移.同时,增温区附近两半球的Hadley环流也明显增强,增温区附近的上升运动及副热带地区的下沉运动均更加明显.在反常加热区附近有自热带向中高纬度传播的波列出现,从而把海温变化的影响传播到全球.西太平洋暖池区海温异常对副热带高压、西风急流、西风带槽脊强度及位置分布均有重大影响,并造成全球高度场、温度及风场的变化,它使增温区两侧的副热带高压加强并向极地一侧移动,促使西风急流加强并北移,使东亚大槽北缩,并增大高纬与热带之间的热力差异.暧池区海温的异常升高使东亚冬季风减弱,我国大部分地区增暖.     

冬季东亚主要行星尺度环流分量的时空特征及其相互行用

本文采用一种复经验正交函数分析方法和滤波技术，对1978-79年冬季全球冬季风实验资料系列FGGE—Ⅲb进行分析，光其对东亚地区时闻尺度10-20天的主要行星尺度环流分量进行分解，结果表明影响气压和厚度场的决定性因子是冷季风潮，受季风潮影响200百帕上无辐散风u中。第一模态以1—2天滞后沿经向和纬向有类似于季风潮的传播；季风潮振动导致局地经向环流相应变化，以无旋风Vx第一模态表示的Hadley环流几乎无经向传播但有明显的纬向传播，并在传播过程中加强；热带对于副热带存在反馈并通过u中第二模态实现。在急流入口处ux，第二模态表示欢级环流的存在．其水平尺度约20个纬距。     

北半球冰期的开始和印度东北季风的增强--东赤道印度洋的ODP758站位

印度洋和印度—亚洲陆块的不均匀的显著加热形成的季风环流极大地影响了 3 0 N～ 3 0 S之间的非洲、印度和亚洲陆块的气候。干燥的东北季风 (北方的冬季 )使印度洋的生物生产力很低 ,向深海动物供应的食物极少。相反 ,潮湿的西南季风 (北方的夏季 )可使底层水上升 ,并具有较高的表层生产力 ,向海底供应的有机颗粒也相应提高。这种季风引起的生产力变化在阿拉伯海最为明显 ,在孟加拉湾也很高 ,这在海岸带彩色扫描仪和SesWIFS采集的卫星影像上清晰可辨。深海底栖有孔虫对供应海底的食物总量和季节性很敏感。我们运用这些生物群来指示季风…     

MJO对我国南海冬季风异常的影响

利用长时间的逐日再分析资料和澳大利亚气象局提供的MJO指数,研究了MJO对我国南海冬季风异常的影响和过程。结果表明,随着MJO的对流中心从西印度洋进入西太平洋,南海海面风场出现偏南风-东北风-偏南风异常的振荡现象,表明南海冬季风阶段性的间断和活跃,最明显的偏南风异常和东北风异常分别位于MJO第8—2位相和第5—6位相。通过合成MJO各位相下500 h Pa东亚大槽异常和200 h Pa东亚急流异常,我们进一步证实南海冬季风活跃期(MJO第5—6位相),东亚大槽加深,高空急流加强,我国华南沿海上空的反气旋式环流异常,东南边缘的引导气流利于冷空气南下直达南海。相反,在南海冬季风间断期(MJO第8—2位相),东亚大槽和高空急流均减弱,不利于冷空气的南下。对200 h Pa垂直速度的分析表明,MJO深对流活动的东移,调整东亚局地Hadley环流异常,在高空表现为反气旋/气旋式环流异常交替发展东移,最终消失在北太平洋地区。一方面通过科氏力的作用,引起东亚高空急流的异常,进而影响东亚大槽的位置和强度,从而影响冷空气的南下;另一方面直接加剧南海海面风场异常的南北向振荡。因此,在做南海冬季风季内变化特别是大风天气过程的延伸期预报时,热带MJO活动可以作为一个重要因子考虑在内。     

冬季东亚主要行星尺度环流分量的时空特征及其相互行用

本文采用一种复经验正交函数分析方法和滤波技术,对1978—79年冬季全球冬季风实验资料系列FGGE-Ⅲb进行分析,尤其对东亚地区时间尺度10—20天的主要行星尺度环流分量进行分解,结果表明影响气压和厚度场的决定性因子是冷季风潮,受季风潮影响200百帕上无辐散风u_φ第一模态以1—2天滞后沿经向和纬向有类似于季风潮的传播;季风潮振动导致局地经向环流相应变化,以无旋风V_X第一模态表示的Hadley环流几乎无经向传播但有明显的纬向传播,并在传播过程中加强;热带对于副热带存在反馈并通过u_φ第二模态实现。在急流入口处u_X第二模态表示次级环流的存在,其水平尺度约20个纬距。     

“21世纪海上丝绸之路”风能资源时空变化评估

利用1979—2021 年的 ERA5 再分析资料,采用经验正交函数分解法、Mann-Kendall 趋势检验法等统计方法,对“21 世纪海上丝绸之路”相关海区的海表风场与风能密度的空间分布特征、季节变化特征以及长期变化趋势进行分析。结果表明：(1)研究海域风能密度在不同季节表现出很大的空间差异,夏季的阿拉伯海和孟加拉湾,冬季的中国南海,以及全年的热带南印度洋风能资源都极为丰富。(2)研究时段内,中国南海北部及附近海域、阿拉伯海西部、孟加拉湾西部以及热带西北印度洋风能密度等级整体较高。(3)研究海域的风能密度以年变化特征为主,其中中国南海风能密度的季节变幅最大且在春、秋两季表现出明显的转换特征。(4)在研究海区中,结合水深条件与风能密度时空变化特征的评估结果,可以重点关注台湾海峡、吕宋海峡、中南半岛东南沿海、阿拉伯海西部近岸海域及热带西北印度洋近岸大陆架海域风能资源的开发利用,加强其他海域风能资源的储备。此研究可为“21 世纪海上丝绸之路”风能资源的中长期开发规划提供依据。     

A Review on the Currents in the South China Sea: Seasonal Circulation, South China Sea Warm Current and Kuroshio Intrusion

Researches on the currents in the South China Sea (SCS) and the interaction between the SCS and its adjacent seas are reviewed. Overall seasonal circulation in the SCS is cyclonic in winter and anticyclonic in summer with a few stable eddies. The seasonal circulation is mostly driven by monsoon winds, and is related to water exchange between the SCS and the East China Sea through the Taiwan Strait, and between the SCS and the Kuroshio through the Luzon Strait. Seasonal characteristics of the South China Sea Warm Current in the northern SCS and the Kuroshio intrusion to the SCS are summarized in terms of the interaction between the SCS and its adjacent seas.     

南海上层环流对季风转变的响应

通过利用一个分区性的正压、斜压衔接模式，重点考察了南海环流对于以不同方式变化的季风转变时的响应。结果表明：（1）个别数值试验结果基本上反映了实测得到的南海流态；（2）对于不同方式变化的季风转变，在季风过渡时期的南海流场的调整有较大的差别，但在过渡之后最终的流场基本结构则是一致的；（3）当冬季风向夏季风转变时，在南海南部经常会产生一些涡旋群，向夏季流场转化尚需较长的一段时间来调节；而当夏季风向冬季风转变时，在南海南部的流场迅速向冬季流场转变。     

海洋水平环流输送对印度洋表层盐度的调整机制

本文利用Argo表层盐度、OSCAR海流等数据,基于盐度收支方程的平流输送项来阐述海洋平流输送对热带印度洋表层盐度的调整作用;利用淡水输运量计算公式揭示6条关键断面海洋平流输送对表层盐度空间结构的调整机制。结果表明,海洋平流将赤道西印度洋和阿拉伯海的高盐水输送到低盐海域的赤道东印度洋和孟加拉湾、安达曼海;将赤道东印度洋和孟加拉湾、安达曼海的低盐水输送到高盐海域的赤道西印度洋、阿拉伯海以及赤道南印度洋海域,起到了调整印度洋盐度基本平衡的作用。断面淡水输运量的分析结果表明,导致苏门答腊岛西部海域的强降水中心与低盐中心不重合,澳大利亚西部海域的强蒸发中心与高盐中心不重合的主要原因是水平环流所致;夏季,来自赤道西印度洋和阿拉伯海的高盐水在西南季风环流的驱动下,入侵孟加拉湾,是导致孟加拉湾夏季表层盐度较高的主要原因。     

太平洋海温异常对南海西南季风建立早晚的影响——数值模拟研究

利用9层15波全球大气环流谱模式研究了太平洋海温异常对南海西南季风建立早晚的影响作用.结果表明:西-中太平洋海温异常数值试验结果最能反映出南海西南季风爆发早、晚年4～5月份大气环流的差异特征.数值试验结果显示:西太平洋海温正(负)异常可导致西太平洋副高减弱(加强);中太平洋海温正(负)异常主要使得中太平洋上空的洋中槽减弱(加深);东太平洋海温正(负)异常可造成东太平洋赤道两侧高层环流产生反气旋性(气旋性)变化,孟加拉湾-南海-西太平洋热带地区出现东风(西风)异常,西太副高加强(减弱).可见西太平洋海温异常和东太平洋海温异常都可以对副高强弱变化产生明显影响,从而对南海西南季风建立早晚产生影响,只不过西太平洋海温异常的影响作用更为显著.西太平洋正(负)海温异常与中太平洋负(正)海温异常经常是同时出现的,其激发出的与向东传的Kelvin波和向西传的行星波相联系的环流异常为南海季风建立早(晚)提供有利的条件,因而这一海温分布型是影响南海西南季风建立早晚的重要影响因子.     

Diagnostic calculation of the upper-layer circulation in the South China Sea during the winter of 1998

On the basis of hydrographic data obtained in November 28 to December 27, 1998 cruise, the calculation of the circulation in the South China Sea (SCS) is made by using the P-vector method, in combination with SSH data from TOPEX/ERS-2 analysis. For study of the dynamical mechanism, which causes the pattern of winter circulation in the SCS, the diagnostic model (Yuan et al., 1982; Yuan and Su, 1992) is used to simulate numerically the winter circulation in the SCS. The following results have been obtained. (1) The main characteristics of the circulation systems in the central SCS are as follows: A coastal southward jet in winter is present at the western boundary near the coast of Vietnam; there is a stronger cyclonic circulation with a larger horizontal scale east of this coastal southward jet and west of 114°E; there is a weaker anti-cyclonic circulation in the central part of eastern SCS; there is a stronger and northeastward flow opposing the northeasterly monsoon between above a stronger cyclonic c     

南海TOPEX海面高度资料的混合同化试验

应用普林斯顿海洋模式（POM），对冬季南海由TOPEX／Poseidon得到的卫星遥感海面高度资料进行混合（blending)同化试验。混合同化的权重系数由以下两者决定：南海POM模式对冬季风强迫产生响应的海面高度场之标准方差；对应期间ＴＯＰＥＸ海面高度资料的标准方差。同化结果表明，混合同化方法不失为一种简单而又有效的同化方案。同化得到的南海环流结构与未同化的模式响应场比较可以发现：海面高度资料的同化试验能够有效地修正南海环流的若干大尺度特征，特别是对冬季黑潮入侵南海东北部的动力过程，同化结果有了更准确的描述。同时，另一个重要的修正表现在：同化试验中瞬变的中等尺度涡旋得到加强，体现了南海海洋天气尺度涡被资料同化所“唤醒”（trigger)。这种“唤醒”不仅明显地反映在表层环流场中，对南海次表层动力、热盐结构也有一定的影响。     

Numerical study on the summer circulation of the upper South China Sea and its establishment

A coupled single-layer/two-layer model is employed to study the South China Sea (SCS) upper circulation and its response before and after the onset of summer monsoon. It is found that, in summer, due to the β effect and the first baroclinic mode of the wind-driven current, a northward western boundary jet current is formed along the Indo-China Peninsula coast, and it leaves the coast at about 13° N and diffuses towards northeast; next to the Indo-China Peninsula, a large anticyclonic     

Diagnostic calculation of the upper-layer circulation in the South China Sea during the winter of 1998

On the basis of hydrographic data obtained in November 28 to December 27, 1998 cruise, the calculation of the circulation in the South China Sea (SCS) is made by using the P-vector method, in combination with SSH data from TOPEX/ERS-2 analysis. For study of the dynamical mechanism, which causes the pattern of winter circulation in the SCS, the diagnostic model (Yuan et al., 1982; Yuan and Su, 1992) is used to simulate numerically the winter circulation in the SCS. The following results have been obtained.(1) The main characteristics of the circulation systems in the central SCS are as follows: A coastal southward jet in winter is present at the western boundary near the coast of Vietnam; there is a stronger cyclonic circulation with a larger horizontal scale east of this coastal southward jet and west of 114°E; there is a weaker anti-cyclonic circulation in the central part of eastern SCS; there is a stronger and northeastward flow opposing the northeasterly monsoon between above a stronger cyclonic circulation and a weaker anti-cyclonic circulation.(2) The circulation systems in the northern SCS are as follows: 1)There is a cyclonic circulation system northwest of Luzon, and it has three centers of the cold water; 2) There is an anti-cyclonic eddy. Its center is located near(20°N, 116°40' E); 3)There is a warm and anti-cyclonic circulation south of Hainan Island; 4) There is a northeastward flow, the South China Sea Warm Current, in winter off Guangdong coast in the northern SCS.(3) In the southem SCS there is an anti-cyclonic circulation, and also there is a smaller scale cold water and cyclonic eddy.(4) The above pattern of winter circulation in the SCS agrees qualitatively with the horizontal distribution of temperature at 200 m level.(5) The dynamical mechanism which produces the above basic pattern of winter circulation is because of the following two causes: 1) The joint effect of the baroclinity and relief (JEBAR) is an essential dynamical cause; 2) The interaction between the wind stress and bottom topographic (IBWT) under the strong northeasterly monsoon is the next important dynamical mechanism.(6) Comparing the hydrographic structure and the horizontal distribution of velocity with the SSH data from TOPEX/ERS-2 analysis in the SCS during December of 1998, it is found that they agree qualitatively.     

南海夏季风异常及其对南海与周边地区的大气和海洋要素的影响

通过对南海夏季风异常年夏季南海及周边地区主要海-气要素场的对比分析,得到以下主要结论:强、弱季风年夏季南海及周边地区的主要海-气要素都表现出明显的差异。强季风年夏季南海中南部地区低层西风加强、高层东风加强,以南海北部为中心存在气旋性距平环流,上升运动增强。相应地,南海及我国东南沿海地区对流和降水增强,而长江中下游地区降水偏少。弱季风年则表现出与强季风年几近相反的分布特征。此外,强季风年西太平洋副热带高压较弱季风年位置明显偏东、强度明显偏弱。与对流和降水的分布相对应,强、弱季风年夏季南海及周边地区大气热源状态的分布也表现出明显的差异,差别最显著的区域正是在南海及周边地区。在强季风年,西起孟加拉湾东至菲律宾以东的洋面上为较明显的热源增强区,而弱季风年则为明显的热源减弱区。此外,强、弱季风年,南海海域的海面高度、海洋环流、海表温度等表征海洋状况的要素分布也明显不同,分布形势几近相反。海温作为重要的外源强迫,不仅对季风环流的形成有重要作用,而且明显受到季风异常的影响,进而对局地的天气气候产生重要的滞后影响。     

华北地区夏季降雨量与南海海温长期变化的关系

比较了华北地区7个站与17个站1951-1997年夏季（6，7，8月）降雨量与气候随时间的变化特征，并对其成因作了探讨。结果表明，用北京、天津、邢台、烟台、郑州、太原和济南等7个站可代表该地区夏季降雨量与气候的多尺度变化特征，过去47a该地区依次经历了湿凉、湿热、湿凉、干热、湿热几个时期，降雨量的长期变化与南海前冬（1-2月）海温成负相关。前冬南海海温偏高，意味着初夏南海地区大气对流低频振动偏弱，南海夏季风爆发较晚，西南季风较弱，夏季西太平洋副高位置偏南，华北地区大气低层北风加强，华北地区夏季少雨，前冬南海海温偏低时情况则相反，考虑冬季（1-2月）南海南温和7-8月西太平洋副高脊线位置（纬度）的影响用均生函数建模，试验结果与用子波变换重构方法考虑华北地区夏季降雨量的变化趋势比较，二者相吻合，预测试验结果与过去3a的实况基本一致。