赤道太平洋海域上层海洋热含量及其变化机制的诊断分析

基于1992—2015年国际共享的ECCO v4 (Estimating the Circulation and Climate of the Ocean Version 4)同化产品,利用热含量控制方程定量地诊断赤道太平洋(118°E—75°W, 5°S—5°N, 0～300m)和Ni?o 3.4区(170°W—120°W, 5°S—5°N,0～80m)这两块区域热含量变化机制。对于去掉季节平均后的年际变化,在赤道太平洋地区,时间趋势项主要由经向输送和海表热通量项共同驱动。通过5°N断面的输送决定了时间趋势项的幅值和正负符号。在Ni?o3.4区,时间趋势项主要由海表热通量项和热量输送项共同驱动,其中垂向输送对总输送贡献最大。赤道太平洋地区经向热量输送异常领先于Ni?o3.4区垂向热量输送异常,这解释了在年际尺度上赤道太平洋热含量异常领先Ni?o3.4指数变化的原因。尽管EP(Eastern Pattern)型El Ni?o和CP(Central Pattern)型El Ni?o有许多不同之处,合成分析表明,两类El Ni?o的共同点为:在赤道太平洋地区,两类El Ni?o事件的热量输送异常在发展期和衰退期由经向输送主导;在Ni?o 3.4区, EP型El Ni?o和CP型El Ni?o的热量输送在发展期和衰退期由垂向输送主导。     

ENSO事件中热带太平洋上层海洋热含量变化分析

利用1955-2001年海洋上400m层的热含量资料，分析了20世纪60年代以来全部El Nino／La Nina事件期间上层海洋热含量异常的空间分布规律和传播特性，发现如下3个重要观测事实：(1)在ENSO循环期间存在着关于赤道对称的南北2个热含量异常信号的闭合传播路径；(2)北半球的信号闭合回路非常清晰，而南半球回路较为混乱；(3)这种闭合回路在El Nino／La Nina年份表现得非常明显，但在其它年份可能由于海洋或大气的条件不匹配而中途夭折。上述观测事实对于ENSO研究具有重要价值，其物理机制值得进一步探讨。     

西北太平洋热带气旋与上层海洋热含量的关系

利用SODA(Simple Ocean Data Assimilation)的海温资料和Unisys Weather的热带气旋资料,研究了1960-2008年期间北太平洋上层150 m的热含量分布特征及其与西北太平洋热带气旋发生频次的关系。考虑了纬度的变化对热含量的影响后,北太平洋热含量的高值中心位于10°N左右,与上层海温结构相符,计算结果更加符合物理意义。北太平洋热含量与西北太平洋热带气旋频数年际相关性研究表明在北太平洋中高纬度大洋内区和赤道东太平洋热带不稳定波发生区呈现出前期冬季正相关性。此相关性存在显著年代际的变化,在1970-1975年和1984-2008年期间最强,1976-1983年期间较弱。在北太平洋中高纬度大洋内区,同期春夏秋季同样存在强正相关。在西太平洋暖池区,同期秋季负相关最为显著。赤道中太平洋区域在夏季呈显著的正相关,秋季减弱。赤道东太平洋海域的相关性前期冬季负相关最为显著,春季负相关性减弱,夏季和秋季无显著相关。     

21世纪海上丝绸之路海洋上层热含量及热比容海平面异常变化

气候变暖背景下,全球平均海洋变暖和海平面上升显著,为人类社会的可持续发展带来巨大挑战。上层海洋热力状况是海平面变化的主导因子之一。本文围绕"21世纪海上丝绸之路"途经海区（文中简称为丝路海区）上层海洋热含量异常的区域性时空特征,分析探讨了丝路海区热比容海平面异常的时空变化、演变特征及可能影响,以期为"21世纪海上丝绸之路"海洋环境安全保障提供服务支撑。结果表明,自20世纪70年代中后期,丝路海区上层（0~700 m）海洋已明显变暖,尤其20世纪90年代中后期增暖幅度显著加大。近60年来,在丝路海区热带海洋中,西太平洋的北赤道流区及以北海域、东海黑潮流域以及南海北部和南部海区、阿拉伯海西北部海域、马来西亚西北部海域及南印度洋部分海域具有长期增暖趋势。热带西太平洋暖池区整体增暖不明显,主要与印度洋中部海域呈反位相变化,且明显受到季节和年际变化的调制。长江口附近沿岸、南海北部沿岸、中南半岛南部沿岸以及阿拉伯海西北部沿岸的近岸海域长期增暖明显,自20世纪90年代中后期,中南半岛东部和西部沿海、澳大利亚西部沿海以及我国东南沿海热比容海平面上升明显。近岸热比容海平面的季节演变对沿海地区社会和经济发展会造成一定影响。此外,东亚夏季风与东海、黄海和渤海热比容海平面的上升显著相关,同时,ENSO、太平洋年代际振荡和印度洋偶极子的发生也均与我国东南沿海和印度洋西部沿海热比容海平面上升明显关联。特别是,气候变暖情形下,各种区域性致灾因子和气候变率的协同影响会对丝路海区海岸带和沿海地区的防灾减灾与社会经济发展带来较大挑战,开展海岸带和沿海地区全球变化综合风险研究成为当前首要任务。     

近30年西北太平洋热带气旋的时空变化及与海洋上层热状态的关系

使用1982—2014年美国国家海洋和大气管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration,NOAA)最优插值(1/4)°逐日海温分析资料、美国国家海洋数据中心(National Oceanographic Data Center,NODC)提供的海洋上层700 m热含量数据和美国联合台风警报中心(Joint Typhoon Warning Center,JTWC)的热带气旋(tropical cyclone,TC)最佳路径资料,分析西北太平洋地区(0°~30°N,105°~155°E)TC活动的时空分布特征,探讨TC与海洋上层热状态之间的关系。结果表明:TC频数具有显著的年代际变化特征:1982—1992年和2003—2014年皆为低频期,而1993—2002年则为高频期,33年来TC发生频数表现为缓慢增加—快速增加—减少的特征。最近15年(2000—2014年),TC数量呈现明显下降的趋势。在西北太平洋,TC有3个明显的源地,分别为源地1(10°~22°N、110°~120°E);源地2(8°~20°N、125°~145°E);和源地3(5°~20°N、145°~155°E)。源地1、源地2的频数呈上升趋势,而源地3呈下降趋势。海洋上层热状态的变化给TC带来的影响是多方面的,TC频数对上层热含量(heat content)的响应较明显,而海表面温度(sea surface temperature,SST)不是影响TC数量变化的主要因素。伴随着海洋上层的增暖,TC的年持续时间有减少趋势,TC强度正在增强。在全球变暖背景下,TC活动给西北太平洋沿岸国家带来的潜在威胁极有可能加剧。     

中国云南冬季降水与典型海域热含量的关系

利用GODAS月平均海温资料、NCEP/NCAR再分析资料和云南30站月平均降水数据,分析了云南冬季降水的分布特征,研究了1980—2011年期间海洋热含量与云南冬季降水的关系,并对可能影响途径进行了探讨。计算热含量时,采用分层计算并且逐层求相关的方法,找出与降水的最大相关区域及深度。结果表明:赤道太平洋暖池区11、12月上层150 m热含量与同年云南冬季降水呈超前显著负相关,赤道太平洋中部4—6月上层80 m热含量与同年冬季降水呈超前显著正相关,赤道东太平洋10、12月130—230 m热含量与同年冬季降水呈超前显著正相关,这种分布形态与赤道潜流有关;南大洋关键区90—650 m热含量与同年冬季降水全年呈现超前显著负相关。云南降水受La Nia和El Nio年的影响,La Nia年云南降水偏少。赤道太平洋地区的热含量通过Walker环流和Hadley环流的共同作用,对云南降水产生影响。     

西北太平洋上层热含量的时空变化

基于全球月平均海温资料、137°E断面海温观测资料、同化水位资料和太平洋850 hPa纬向风资料,利用EOF、功率谱和最大熵谱等分析方法,分析了西北太平洋上层热含量的时空变化,并讨论了热含量变化与水位和赤道太平洋纬向风异常的关系.结果表明,西北太平洋上层热含量具有明显的年际和年代际变化;热含量的年际变化与热带太平洋大尺度海气系统异常相联系,即在El Ni(n)o期间,热含量减少,而在La Ni(n)a期间热含量增多;热含量在20世纪70年代末发生了一次气候跃变,在跃变前热含量偏多,而在跃变后则偏少;热含量与水位间存在着非常一致的同位相年际变化,而这种变化与赤道西、中太平洋的纬向风异常有关.     

热带西太平洋海洋上层热含量的分布特征及其年际变化的分析

选用海面至20℃等温线所处深度水层的平均温度来表征研究海域海洋上层热含量。利用这一特征值，分析1986—1990年期间热带西太平洋边缘海域海洋上层热含量在秋季的分布特征和年际变化。结果表明：（1）热含量呈南高北低分布，在7．5－22．1°N范围内。以130°E断面为代表，热含量的平均递减率为0．179（℃／纬度）；（2）热含量的分布主要取决于环流系统，其等值线因受黑潮和棉兰老海流的影响而由纬向分布转向经向分布。某些区域因受暖涡及冷涡的影响而呈封闭状分布；（3）热含量的年际变化与E1Nino事件存在着很好的相关性，在E1Nino事件发生期间，热含量变得很低，高热含量（大于26．5℃）海区的分布范围明显缩小。     

热带西北太平洋0~300 m热含量的年代际变化

太平洋是海表温度年际变化和年代际变化发生的主要区域,但对太平洋海洋热含量变化的研究相对较少。为此, 本文分析了1980—2020年太平洋上层(0~300 m)热含量的时空变化特征。基于IAP数据,本文首先利用集合经验模态分解法(EEMD)提取不同时间尺度的海洋热含量信号,并利用正交经验分解法(EOF)对不同时间尺度的海洋热含量进行时空特征分析,得到了太平洋0~300 m海洋热含量的年际变化、年代际变化以及长期变暖的时空特征。结果表明,除了年际变化之外,热带西北太平洋上层热含量还存在明显的年代际变化和长期变暖趋势。在东太平洋和高纬度西太平洋,热含量的年代际变化特征并不突出。热带西北太平洋热含量的年代际变化在1980—1988年和1999—2013年较高,而在1989—1998年和2014—2020年期间较低。此外,针对热带西北太平洋热含量的经向、纬向和垂向特征分析,发现这种年代际变化主要发生在5°N—20°N,120°E—180°E,次表层50~200 m范围内。热带西北太平洋热含量的年代际变化对全球海表温度的年代际变化有着重要作用。     

中太平洋西部赤道潜流的水文分析

本文利用我国1979年1～2月和4～6月在中太平洋西部的考察资料,分析了赤道潜流区的温、盐分布及赤道潜流的流系特征,并给出了潜流区及其周围海区的流场结构。     

Upper ocean heat content and atmospheric anomaly fields in the off-equatorial North Pacific related to ENSO

We have investigated interannual-scale variations of oceanic and atmospheric anomaly fields, such as upper ocean heat content (OHC), sea surface temperature (SST), latent heat flux (LHF) through the sea surface, sea level pressure (SLP) and wind stress curl (WSC) in the tropical Pacific and their relationships to El Niño/Southern Oscillation (ENSO) events. The results reported here show that the OHC and SST anomalies are almost in phase and lead LHF anomalies in the western tropical Pacific (WTP) region, which are preferable to the generation of subsequent atmospheric anomalies in the WTP. We also describe linear relationships between the amplitudes of these variables in the WTP. In addition, the results show that the both WSC and LHF anomalies are in phase with the temporal trend of OHC anomalies in the WTP, and suggest a combined effect of the local WSC and LHF anomaly in the WTP and ENSO-related, off-equatorial, westward propagating OHC anomaly to generate a large OHC anomaly in the WTP. In contrast to the WTP, OHC and SST anomalies are not in phase to the east of the WTP. The results also indicate that OHC anomalies in the WTP have a potential effect on the generation of an equatorial OHC anomaly via both a reflection of waves at the western boundary and atmospheric variations, which force the enhancement of western equatorial OHC anomaly. Therefore, the WTP is a key region where ENSO events are significantly modulated, and OHC anomalies in the WTP play an important role in the subsequent ENSO event.     

前期夏季西太平洋暖池热含量对江南春雨的影响及其可能机理

利用GODAS海洋温度资料、中国753站逐日降水资料以及NCEP/NCAR逐日再分析资料讨论了前期夏季西太平洋暖池热含量异常对江南春雨的影响,并通过高低层环流异常解释了其可能过程和机制。研究结果表明:(1)前期夏季暖池区热含量影响春雨的敏感海区位于9°~16°N,150°~166°E,与春雨强度呈显著反相关,前期夏季关键区热含量的显著偏低是春雨异常偏多的强信号。(2)多雨年和少雨年大气环流差值场与夏季暖池热含量(取反号)回归的次年春季大气环流形态基本一致。低层菲律宾海异常反气旋西北侧的暖湿西南气流输送及江南地区高层辐散抽吸运动是造成春雨偏多的直接原因。(3)关键区热含量在前期夏季的异常偏低使低层异常反气旋在其西北侧触发生成,并在菲律宾海附近持续存在(前夏至当年春季),春季引导强盛的西南气流向江南输送水汽;同时,热含量异常偏低在我国大陆东部激发出高层异常气旋并持续维持(前秋至当年春季),导致春季西风急流轴异常南压,高层形成异常辐散中心,形成强烈的抽吸作用,导致江南春雨显著偏多。前夏热含量显著偏高引起江南春雨偏少的过程则与之相反。     

南海夏季风爆发与南海热含量异常特征的相关分析

通过利用1958—2007年SODA月平均海温资料、1958—2008年NCEP/NCAR再分析资料以及1974—2008年NOAA卫星月平均OLR资料,分析了南海季风与南海上层海洋热含量之间的可能关系,发现南海夏季风爆发早晚与前冬南海上层海洋热含量存在显著的负相关,即当冬季南海上层海洋热含量偏高(低)时,次年南海夏季风爆发早(晚)。进一步对南海夏季风爆发异常年前期及前冬南海东部热含量异常年的相关大气环流特征分析后发现,南海夏季风爆发偏早和偏晚年前期的OLR特征、对流层环流特征及位势高度场分别与前冬南海东部热含量异常偏高和偏低年相一致。得出冬季南海东部热含量偏高(低)时,OLR在赤道东印度洋至我国南海及菲律宾以东为负(正)距平,南海地区对流加强(减弱);在纬向方向上,大气环流特征表现为正(负)的Walker距平环流,低纬Walker环流发展(减弱);在经向方向上,南海地区南北向局地Hadley环流加强(减弱);次年初春(3—4月)500hPa位势高度场在西太平洋副热带高压区总体为负(正)距平,副热带高压偏弱(强)。因此有(不)利于南海夏季风的早爆发。南海和西太平洋暖池区热含量异常都通过对流作用影响其上空大尺度...     

热带西太平洋海域上层海洋热含量的CSEOF分析

基于月平均Argo温、盐度剖面、纬向风和Ni o3.4指数等资料,利用循环平稳经验正交函数(CSEOF)分解法、最大熵谱分析和相关分析等方法,研究了热带西太平洋海域上层(0—700m)海洋热含量的时空变化特征,并探讨了其年际变化的可能原因。结果表明,热带西太平洋海域上层海洋热含量距平场具有显著的东-西向反位相振荡,且这种振荡除了具有较明显的季节变化外,还存在着较强的准2a振荡。此外,热含量距平场还存在着负-正-负的三极式经向模态,该模态除了具有明显的季节变化外,还存在着显著的准4a振荡。进一步分析表明,热含量的准2a振荡与ENSO事件的发生有着非常密切的联系,并对赤道西太平洋纬向风异常有1—2月的滞后响应。     

赤道太平洋温度、流场距平EOF分析及与厄尔尼诺的关系

利用EOF分析方法,讨论了最近20a赤道太平洋次表层温度、纬向流距平与厄尔尼诺的关系.结果表明:赤道太平洋海温距平EOF分析第一、二主分量占总量的近80%,其中第一主分量类似于厄尔尼诺模态,第二主分量类似于暖池模态;后一模态存在着突变和渐变两种过程,其中由冷位相变暖位相过程为渐变过程,而暖位相变冷位相过程为突变过程.厄尔尼诺事件是赤道西太平洋暖池突变过程的结果.赤道太平洋纬向流距平EOF的第二主分量代表赤道西太平洋潜流和东太平洋南赤道流的变化,这个模态存在着半年左右的振荡和与厄尔尼诺同位相的年际振荡两种频率.另外,它还存在明显的年代际变化.赤道西太平洋潜流和东太平洋南赤道流减弱是产生厄尔尼诺的必要条件.统计回归分析表明,赤道太平洋海温距平和纬向流距平EOF的第二特征向量的时间系数对厄尔尼诺和拉尼娜均有一定的预报意义.     

Evolutions of flow field and heat exchange on equatorial Pacific surface in El Nino-La Nina cycle

Abstract-In this paper, the monthly averages and deviations of temperature, pressure, tonal wind, specific humidity, cloud rover and the components of heat budget have been remputed on the equatorial (5°S-3°N) Pacific surface (EPS) based on the 2^*×2^* grid data of CORDS from 1950 to 1987 and the evolutions of tt0ese elements have been provided. Two feedback mechanisms of El Nino-La Nina cycle which include the dynamic, thermal and hydrological processes in the coupled air-sea system are verified. During El Nino, the pressure gradient and trade wind decreased on the EPS, the sensible and latent heat exchanges enlarged on the central-eastern EPS, the water vapor and cloud cover rose in the atmo sphere, the net longwave radiation and incident solar radiation decreased and the net gain (loss) of the heat reduced (increased) on the central and eastern EPS:During La Nina the circumstances were opposite