南亚季风产生的动力学分析和数值试验

采用动力学分析和数值试验的方法研究和讨论了地形的热力因素对南亚季风产生的作用和影响,结果表明：没有地形效应的热力强迫只能同热带地区的低频振荡,不能在副热带地区形成稳定的季风环流;南亚地区的地形效就和经向热力强迫的共同作用是形成南亚季风环流的必要条件。     

热带海洋对风应力异常的响应

针对在南方涛动循环中东太平洋信风变化的特征,用国家海洋环境预报中心的五层太平洋环流模式模拟热带海洋对气候风应力脉动的响应.试验结果表明,当南方涛动处于高指数时,赤道东太平洋海表温度从表层至250m深都会出现负距平,表层距平洋流向西,下层200m深左右距平流向东,即赤道潜流加强,而当南方涛动指数取负值时,热带东太平洋东风应力减弱,热带太平洋海表温度增高,这种增暖自东向西扩展,上层距平洋流向东,下层距平洋流向西,赤道潜流有减弱趋势,这些正是典型的埃尔尼诺特征.计算结果与观测结果基本一致.     

北太平洋冬季SST、风场及环流对淡水强迫的响应

通过海气耦合模式CCSM3(The Community Climate System Model version 3),研究在北大西洋高纬度淡水强迫下,北太平洋冬季的海表温度SST、风场及流场的响应及其区域性差异。结果表明:淡水的注入使北太平洋整体变冷,但有部分区域异常增暖;在太平洋东部赤道两侧,SST的变化出现北负南正的偶极子型分布。阿留申低压北移的同时中纬度西风减弱,热带附近东北信风增强。黑潮和南赤道流减弱,北太平洋副热带逆流和北赤道流增强,日本海被南向流控制。风场及流场的改变共同导致了北太平洋SST异常出现复杂的空间差异:北太平洋中高纬度SST的降温主要由大气过程决定,海洋动力过程主要影响黑潮、日本海及副热带逆流区域的SST,太平洋热带地区SST异常由大气与海洋共同主导。     

厄尔尼诺/南方涛动现象对热带西太平洋大气外强迫的响应

利用1个热带太平洋中等海气耦合模式,针对厄尔尼诺/南方涛动(ENSO)现象对热带西太平洋季节内振荡(MJO)和季风的响应进行了研究.数值试验的结果表明:热带西太平洋的MJO和季风这类周期比ENSO周期短的大气外强迫对ENSO的影响随强迫强度的不同具备不同的表现形式:当MJO或季风很弱时会使ENSO振幅加强;当为中等强度时,几乎对ENSO没有影响;当MJO或季风较强时,ENSO振幅加强,锁相时间从冬季转移至秋季;外强迫非常强时,会因为短周期外强迫形成的海洋波动干扰了ENSO循环,ENSO循环振幅减弱或消失.     

北太平洋风应力与流场联合EOF的主模态分析

采用了SODA资料,将海面风应力场与大洋各层流场看作一个整体做了赤道外北太平洋风应力和流场异常的联合EOF分析,此时风应力场与各层流场有相同的时间系数,这样就可揭示海气耦合的结构和演变,这是该方法的特点和优点。得到的主要结论有:诊断得到的主模态的风应力异常体现了北太平洋大气活动中心的异常,两者关系密切;在冬、春、秋三季均表征为阿留申低压的异常,在夏季则表征为副热带高压的异常。该主模态的风应力和流场异常均是PDO模态在其上的体现,且前者处海气相互作用中矛盾的主要方面,后者处次要方面,前者起着主动作用,后者则处被动状态。主模态在四季均有明显的年际变化和年代际变化;对北太平洋风场和上层流场而言,年际变化反映了ENSO的影响,而约20a的年代际变化则反映了太平洋年代际振荡(PDO)的影响。主模态中北太平洋海盆尺度的风应力异常、大洋环流异常和上层海温的动力异常这三者具有紧密的联系,这三者的连锁作用则造成了北太平洋SSTA的PDO模态;而在此大洋环流异常则起着关键中介作用。主模态的风应力异常与黑潮系统流场的异常有紧密联系;对于明显的正(负)异常,冬、夏两季135°E以东的黑潮都偏强(弱),黑潮续流则偏弱(强);对于黑潮以南的回流涡旋,冬季则偏强(弱),夏季则偏弱(强);而ENSO和PDO对黑潮流场系统的异常均有明显影响。     

热带太平洋对风应力异常响应的数值试验

本文在建立了一个含约化重力及包括海表温度变化的正压非线性海洋模式的基础上,模拟了在年平均风应力作用下,海表温度及海流场的年平均状况,并做了热带太平洋对风应力突然加强的响应试验.西风增加区域分6.8°N～6.8°S间的整个赤道太平洋和西赤道太平洋二种情况.在这二种情况下,都能产生东太平洋的正海温距平和西太平洋的负海温距平,且正海温距平向东移动,与实际的EI Nino现象相似,并就海洋中Kelvin波和Rossby波的传播作了一些讨论. 此外,本文还试验了减弱的赤道太平洋东风恢复正常后,El Nino的衰减过程.结果表明,模式模拟的EI Nino衰减过程与观测到的现象比较类似.     

北太平洋风场变化对东亚陆架海SST的影响

太平洋内部的气候变化与东亚陆架海海洋环境变化密切相关.本文利用OAflux资料、NCEP再分析资料,分析北太平洋内部风场的时空变化特征,将其距平场序列与东亚陆架海SSTA序列进行相关性分析,找出对东亚陆架海SST影响显著的风场关键区.结果表明:东亚陆架海SST距平序列与PDO指数同期相关系数接近于0,说明北太平洋内部异常信号只能通过斜压Rossby波调整影响东亚陆架海SST,不存在正压调整过程;北太平洋风场“关键区A、B”对东亚陆架海SST的变化影响最显著,且1958-2010年,2个风场“关键区”风速异常增强,分别被风应力旋度偶极子、异常负风应力旋度场控制,异常信号从中东太平洋传递到东亚陆架海,导致该海区SST明显升高,尤其是黑潮海域;“关键区A、B”风场异常信号分别超前东亚陆架海SST变化4a (7a)、4a时呈显著正相关,该时间基本与斜压Rossby波从大洋中东部传递到西部或副热带环流对风场变化通过斜压Rossby波进行调整所需的时间一致.     

热带太平洋对风应力拖曳系数响应的敏感性试验

为了检验一个准全球的海洋环流模式中热带太平洋对风应力变化的响应,使用NCEP月平均再分析资料计算的强迫场强迫该模式进行控制试验,在(10.5°S～9.5°N,159.75°E～110.25°W)的区域增大或减小风应力拖曳系数进行敏感性试验,并把试验结果与同时段的SODA资料进行分析比较.该模式基本能模拟出海洋环流的基本气候态,但是对一些细节描述还不够准确.试验结果表明,风应力减小时可以改善模式对热带东太平洋冷舌的模拟,而对次表层温度和流场的刻画能力较弱.增大风应力则对次表层温度和流场的模拟有所改善.通过对模式中热量收支的分析可知,平流过程、扩散过程对热带太平洋海表温度的变化起到了重要的作用;海表面热交换可以促使海温距平向相反的方向发展.垂直输送对赤道中东太平洋表层的降温起重要作用,抑制了次表层的增暖,水平平流过程则促进了赤道太平洋次表层的增暖.     

大气和海洋流场对局地热源强迫的一种响应模态

运用动力学分析的方法，对正压准地转模式中局地热源强迫可能对大气和海洋流场产生的响应结果进行了研究，发现热源扰动和响应流场之间有很好的对应关系，两者具有类似的分布模态，而且“狭窄”的热源扰动可能导致“宽广”的流场响应，这与中低纬大气试验和观测资料的研究结果相符，同时也可部分地解释地球流体中局地热源异常可能导致的环流异常现象。     

Response of Equatorial Pacific Mean Temperature Field to Intraseasonal Wind Forcing

The effects of intra-seasonal wind forcing on the mean field of the tropical Pacific Ocean has been studied using an ocean general circulation model (GCM). Idealized intra-seasonal zonal wind forcing with zero mean, which propagates eastward, induces net eastward jets at the equator that shift the warm water pool to the east. The mean temperature of the upper 200 m of the ocean increases off the equator and decreases at the equator. The change is independent of the propagation speed of the intra-seasonal wind forcing. The magnitude of the change depends on the amplitude and the period of the forcing, and the ocean structure, while the spatial pattern is independent of these parameters. A simple shallow water model is used to explain these changes. It is found that the term responsible for the enhanced eastward Equatorial jet is the Reynolds stress term, which arises from a phase shift of the zonal current due to friction. The resultant convergence of eastward momentum on the equator and geostrophic adjustment of the interface to the change of zonal current brings about the thermal redistribution of the upper ocean seen in the GCM.     

Barotropic Response of the Sea of Okhotsk to Wind Forcing

We have examined wind-induced circulation in the Sea of Okhotsk using a barotropic model that contains realistic topography with a resolution of 9.25 km. The monthly wind stress field calculated from daily European Centre for Medium-Range Weather Forecasting (ECMWF) Re-Analysis data is used as the forcing, and the integration is carried out for 20 days until the circulation attains an almost steady state. In the case of November (a representative for the winter season from October to March), southward currents of velocity 0.1–0.3 m s⁻¹ occur along the bottom contours off the east of Sakhalin Island. The currents are mostly confined to the shelf (shallower than 200 m) and extend as far south as the Hokkaido coast. In the July case (a representative for the summer season from April to September), significant currents do not occur, even in the shallow shelves. The simulated southward current over the east Sakhalin shelf appears to correspond to the near-shore branch of the East Sakhalin Current (ESC), which was observed with the surface drifters. These seasonal variations simulated in our experiments are consistent with the observations of the ESC. Dynamically, the simulated ESC is interpreted as the arrested topographic wave (ATW), which is the coastally trapped flow driven by steady alongshore wind stress. The volume transport of the simulated ESC over the shelf reaches about 1.0 Sv (1 Sv = 10⁶ m³s⁻¹) in the winter season, which is determined by the integrated onshore Ekman transport in the direction from which shelf waves propagate. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

Upper Ocean Sensitivity to Wind Forcing in the South China Sea

The Naval Research Laboratory (NRL) Layered Ocean Model (NLOM) has been used to investigate the sensitivity of the upper South China Sea (SCS) circulation to various atmospheric wind forcing products. A 1/16° 6-layer, thermodynamic Pacific Ocean north of 20°S version of NLOM has been integrated using observed climatological monthly mean winds (Hellerman and Rosenstein, 1983) and climatologies based on two atmospheric prediction models: the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) and the National Centers for Environmental Prediction (NCEP). ECMWF products include the 10 meter winds (at both 1.125° and 2.5° resolution) and surface stresses (1.125°). The NCEP forcing (1.875°) is a surface stress product. Significant differences exist in the wind stress curl patterns and this is reflected in the upper ocean model response, which is compared to observational data. The model experiments suggest the generation of the West Luzon Eddy is controlled by positive wind stress curl. The degree of Kuroshio intrusion into the SCS, however, is not affected by wind stress curl but is governed by the coastline geometry of the island chain within Luzon Strait. The summertime offshore flow from the Vietnamese coast is present in all simulations but the dipole structure on either side of the jet is variable, even among experiments with similar wind stress curl patterns. The ECMWF surface stresses exhibit spurious coastal wind stress curl patterns, especially in locations with significant orographic features. This manifests itself in unrealistic small scale coastal gyres in NLOM. High resolution basin-scale and coastal models might be adversely affected by these stresses. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

热带太平洋中南部上层鱼类的种间关系研究

热带太平洋是世界主要的金枪鱼渔场,具有丰富的大洋渔业资源,但是目前对该区域鱼类生物群落特征的认识却十分缺乏。本文根据我国金枪鱼渔业科学观察员海上观测数据,对热带太平洋中南部海域31种上层鱼类的种间关系进行了研究,从总体关联性、种对间关联性和相关性3个方面,对种间关系进行了分析。结果表明:31个鱼种在总体上存在显著的正关联。由31个鱼种组成的465个种对中,288对为正联结,其中显著(P0.05)正联结53对;177对为负联结,其中显著(P0.05)负联结仅为6对。根据Pearson相关系数检验,该465个种对中,大部分种对的相关性不显著,但有36个种对的正相关极其显著(P0.01)。作为金枪鱼延绳钓渔业目标鱼种的大眼金枪鱼,与10个兼捕种类(黄鳍金枪鱼、长鳍金枪鱼、剑鱼、凹尾长鳍乌鲂、异鳞蛇鲭、蛇鲭、鲣鱼、蓝枪鱼、长鳍真鲨、红棱鲂)虽呈显著(P0.05)正联结,但相关性不显著。从本文结果推断,本海域大部分上层鱼类的栖息地空间或生态位存在一定的重叠,但重叠程度可能不高。在受关注的鲨鱼类中,镰状真鲨与大眼金枪鱼的种间相关性最大,表明其受主捕大眼金枪鱼的延绳钓渔业的影响可能较其它鲨鱼大。     

热带太平洋海区混沌特征分析

基于 TOGA- TAO锚定于热带太平洋海区的 53个浮标站 1994年冬季海表温度 ( SST)资料 ,采用多种分析非线性动力系统的方法。如谱分析 ,相空间重构法等 ,以及计算描述混沌行为的重要指标 ,如分维数、L yapunov指数等 ,对热带太平洋是否存在混沌现象进行判别分析。发现在热带太平洋 130°W至 12 0°W之间存在强混沌区 ,在西边界附近也存在混沌区。但通过吸引子的相型可以看出热带东太平洋与西太平洋是不同性质的非线性动力系统 ,导致系统出现混沌现象的原因可能是不同的。     

热带印度洋和太平洋海气相互作用事件的协调发展

对次表层海温距平的分布和变化的分析表明,在热带印度洋和太平洋都存在海温距平的偶极子模态,即在赤道附近大洋东、西两个部分的海温距平在不少年份呈反符号分布。进一步分析表明,两大洋海温距平的偶极子模态间有密切的联系。在分析它们和850hPa纬向风距平后指出,正是Walker环流异常把两大洋的海温距平变化联系起来。     

热带太平洋盐含量的年际变化

为揭示热带太平洋上层盐度与ENSO的关系,探讨热带海洋的盐含量收支问题,运用EOF方法对SODA资料中热带太平洋表层和次表层(157.5 m)间的盐含量变化特征进行了分析.结果表明,盐含量具有年际变化的特征,第一和第二模态的空间分布分别具有南北反相和东西反相的特点.这为更好地研究与全球水文循环有关的海洋热动力问题提供了依据.     

斜压海洋能量传递对风场的响应

风是海水运动的重要动力因素,也是海洋内部的主要能量来源.本文在应用陆架海洋模式HAMSOM对东中国海海水运动进行数值模拟的基础上,通过傅里叶变换、旋转谱分析等研究方法,对风向海洋的能量输运进行研究.研究结果显示,风场向海洋输运的最有效途径是风杨扰动量与流场扰动量的相互作用;惯性能量主要来源于海洋表层,由风场提供,向下传递;而潮频率能量大部分来自海底的内潮与底地形相互作用,向上传递.