两种低频信息的关联和形成差异的原因

在变振幅的数据分析中 ,低频信号可以反映在低频分析结果中 ,也可以体现在高频信号的振幅变化中。本文将其分别称为滤波低频信号和变幅低频信号。两种低频信号有很好的相关性 ,也存在明显差别。研究结果表明 ,滤波低频信号反映了过程整体性的上升或下降 ,变幅低频信号反映了极大值与极小值之间差异的缩小或加大。两种低频信号的差异多源于原始信号极大值与极小值变化过程之间的关系。在本文的例子中 ,冬季气温变化占优势时两种低频信号的滑动相关系数为正值 ;夏季气温变化占优势是导致两种低频信号差异的根本原因 ,在物理上表现为一定发生了强大的异常过程 ,打破了气温正常变化的秩序。大连站的气温变化主要受制于北方的冷空气过程 ,但当厄尔尼诺事件发生时 ,热带的暖过程大大加强 ,导致两种低频信号发生明显的差异。从 1965～ 2 0 0 3年 ,滑动相关系数共出现 6次负时段 ,都对应着厄尔尼诺事件。因此 ,在低频过程的研究中 ,需要用滤波低频信号研究整体性的低频变化。但是 ,在希望获取导致整体变化的主要成分时需要使用变幅低频信号。另外 ,在揭示异常过程时需要用滑动相关系数来发现两种低频信号的差异 ,提取异常信息。     

2014年大西洋水在楚科奇边陲区域的上边界混合

This study presents an analysis of the CTD data and the turbulent microstructure data collected in 2014, the turbulent mixing environment above the Atlantic Water(AW) around the Chukchi Borderland region is studied.Surface wind becomes more efficient in driving the upper ocean movement along with the rapid decline of sea ice,thus results in a more restless interior of the Arctic Ocean. The turbulent dissipation rate is in the range of4.60×10~(–10)~(–3.31×10~(–9) W/kg with a mean value of 1.33×10~(–9) W/kg, while the diapycnal diffusivity is in the range of1.45×10~(–6)–1.46×10~(–5)m~2/s with a mean value of 4.84×10~(–6) m~2/s in 200–300 m(above the AW). After investigating on the traditional factors(i.e., wind, topography and tides) that may contribute to the turbulent dissipation rate, the results show that the tidal kinetic energy plays a dominating role in the vertical mixing above the AW. Besides, the swing of the Beaufort Gyre(BG) has an impact on the vertical shear of the geostrophic current and may contribute to the regional difference of turbulent mixing. The parameterized method for the double-diffusive convection flux above the AW is validated by the direct turbulent microstructure results.     

1999年楚科奇海台及其周边海域中层与深层水增暖

根据我国1999年北极科学考察期间的数据, 研究了楚科奇海台及其邻近海域的温度和盐度分布特征. 观测结果表明, 1999年在连绵600多公里的海域中都发现温度超过0.5℃的现象, 测得的最高温度为0.85℃, 表明北冰洋中层水仍然保持增暖状态. 文中指出了两个重要现象. 第一, 中层水增暖现象存在区域差别, 楚科奇海台内部中层水与陆坡区相比温度高、厚度大、深度浅. 这种不均匀性是非常重要的, 意味着中层水增暖对海冰厚度和范围变化、海气热交换变化方面的贡献也将是水平不均匀的. 海台内部温度偏高的原因在于海台的特殊地貌形成绕流使海台内部与外界水体交换不畅, 热量不容易散失. 第二, 指出了深层水增暖的现象. 1999年温度垂向分布与多年平均历史数据的差表明深层水体也在增暖, 增温深度达1200~1400 m, 增温幅度一般在0.2℃左右. 深层水增暖现象揭示了北冰洋增加的热量有复杂的再分配形式, 表明北冰洋中层水增暖现象已经引起北冰洋热力结构的变化, 指示了全球变化对北冰洋的显著影响.     

北欧海比容高度及其与卫星高度计海表面高度异常的比较

In this study the steric height anomaly which is calculated from the hydrological data(EN3) is compared with the sea level anomaly derived from satellite altimetry in the Nordic Seas. The overall pattern of steric height is that it is higher in the margin area and lower in the middle area. The extreme values of steric height linear change from1993 to 2010 occur in the Lofoten Basin and off the Norwegian coast, respectively. Such a distribution may be partly attributed to the freshening trend of the Nordic Seas. The correlation between SLA(sea level anomaly) and SHA(steric height anomaly) is not uniform over the Nordic Seas. The time series of SLA and SHA agree well in the Lofoten Basin and northern Norwegian Basin, and worse in the northern Norwegian Sea, implying that the baroclinic effect plays a dominant role in most areas in the Norwegian Sea and the barotropic effect plays a dominant role in the northern Norwegian Sea. The weaker correlations between SLA and SHA in the Greenland and Iceland Seas lead a conclusion that the barotropic contribution is significant in these areas. The area-mean SHA over the entire Nordic Seas has similar amplitudes compared with the SLA during 1996–2002, but SHA has become lower than SLA, being less than half of SLA since 2006.     

北冰洋水体对格陵兰海混合增密对流的可能影响分析

格陵兰海内发生的等密度混合后产生的增密对流是重要的对流现象之一。北冰洋正在发生快速变化,其内水团变性以及环流系统的改变都将使格陵兰海等密度混合对流发生明显变化,继而对全球气候变化产生影响。以往关于等密度混合对流的研究很少,大都集中在对流发生海域。由于等密度混合的主体是大西洋回流水与北冰洋流出水体,本文目的是探讨北极内部不同海域的水体会对混合增密对流造成的可能影响。文中定义了有效对流速度,强调水平温度梯度和垂向层化强度是影响有效对流速度的决定性因素;水平温度差越大,垂向层化越弱,产生的对流越强。发生在东格陵兰极锋处的有效对流都是大西洋的水体,一部分是在格陵兰海回流的大西洋回流水;一部分是在北冰洋潜沉并回流的北极大西洋水,该水体在北冰洋循环的时间越长,温度差越大,产生的有效对流越强。而横越北冰洋的太平洋水因密度过低而不能参与等密度混合对流,加拿大海盆主盐跃层之上的水体也都不能参与对流。北冰洋几个海盆深层水的温度差异明显,有可能与格陵兰海深层水形成有效对流;但是,由于深层水流速低、湍流混合弱、水平温度梯度小,是否可以产生有效对流尚不清楚。     

从航空数字影像提取北极海冰形态参数的方法研究

在 1999年 7月至 9月的中国首次北极科学考察中 ,对北极密集冰区进行了航空数字相机遥感观测 ,获得一批高分辨率的不同类型海冰数字影像。探讨了利用数字影像分析海冰形态参数的方法。利用这些方法不仅可以分析海冰边缘、密集度、冰水比例等常规参数 ,而且可以获得卫星遥感尚无法探测的一些海冰形态的新参数 ,这些参数将增加对不同类别海冰的认识 ,对于研究北极融冰过程和冰区的海气相互作用提供有价值的手段和分析方法。给出的方法可以应用到中国渤海海冰和其它海域海冰的研究。     

北欧海深层水的研究进展

北欧海作为联系北大西洋和北冰洋的纽带,在全球气候系统中具有重要作用。受冷却等作用的影响,北欧海上层海水下沉形成中层水和深层水。该部分海水向南输运,以溢流的形式进入北大西洋深层,是在全球大洋输送带中具有关键性作用的北大西洋深层水的重要来源。通过综述国内外关于北欧海深层水的研究历史和研究现状,剖析了北欧海深层水形成的重要物理过程,分析了影响北欧海深层水的可能因素和物理过程、北欧海深层水的输运过程以及北欧海深层水近年来的变化趋势,为开展相关研究提供参考。     

夏季北冰洋无冰海域次表层暖水结构的形成机理

在夏季北冰洋的无冰海域,经常可以观测到次表层暖水现象,即在水深20～50m的范围内发生海水温度的极大值。建立了一个一维的热力学解析模式,用于研究夏季北冰洋次表层暖水的形成机制。模式的计算结果表明,太阳辐射作用是形成次表层暖水的关键因素。在北冰洋的开阔水域,大气吸收海洋热量的过程导致了海面温度下降,使温度极大值出现在次表层。海洋垂向湍流热扩散对次表层暖水温度有显著影响;当湍流热扩散较弱时,热扩散的范围较小,有利于形成次表层暖水。次表层暖水的位置随着时间的推移不断加深,温度不断增高。在北极,大气温度低于海面温度是普遍现象,次表层暖水经常发生。虽然当海面气温发生变化时,次表层海水温度结构会发生相应的变化,但次表层暖水结构形成之后,如果不受强烈天气过程的破坏,则会一直存在下去。按照本文的结论,随着北极气候变暖,海冰将进一步减少,次表层暖水现象还会明显增加,海洋对气候变化将有更加强烈的响应和反馈,对全球气候变化产生意义深远的影响。     

北极海冰人造光源实验的光场结构和实验方案优化

本文介绍了在北冰洋冬季进行人造光源海冰光学实验中光源所产生的辐射场结构及其特性。文章论证了光源最小允许尺度需要由仪器的视场参数和距光源的最大距离同步确定。对光源测试的结果表明,荧光灯光源存在光源不稳定性、光场空间结构不均匀性、光场空间发散性、光源温度变化效应等可能影响测量结果的问题。文章仔细分析了上述问题可能引起的误差,在实验方案设计中采取三方面措施保证测量质量:光源的尺寸满足仪器的视场、现场定标、在有效测量区内测量。其中,现场定标是核心环节,是克服光场结构问题的关键。实践表明,光源形成的光场与实验方案必须非常协调才能取得理想的实验结果。本文利用获得的光场特性指导现场实验方案的制定,将光场结构产生的测量误差降低到最小。这次在北极开展的海冰人造光源实验没有先例,取得的经验对今后的研究有重要参考价值。     

东西伯利亚海海冰季节变化特征及主要影响因素分析

利用1997-2005年美国国家冰雪中心提供的卫星遥感数据,对东西伯利亚海海冰周年变化特征及其动力和热力学机制进行详细分析,以1999年海冰状况为例讨论了该海域海冰的周年变化。按照海冰变化的区域特征和融化机制差异,将全年的海冰变化过程分为密集冰封期、陆坡开裂期、西部融化期、全面融化期和秋季结冰期。不同年份各个阶段发生的具体日期不尽相同,海冰覆盖面积最小值及其发生时间有所差异,但是,各年海冰变化的5个阶段都清晰可辨。海冰融化时间持续3个月,冻结时间仅为1个半月左右。每年5月份东西伯利亚海陆坡处海冰发生开裂,主要是该时期风场辐散的作用。1999年,除5月份以外的其他月份,东西伯利亚海海表面风场是辐聚风场,不利于海冰融化和开阔水域面积的扩大。东西伯利亚海海冰融化的决定性因素是陆地径流,因迪吉尔卡河、科雷马河、亚纳河和勒拿河四条河流在海冰融化过程中发挥主要作用。海冰覆盖面积最小值出现的时间一般是9月下旬,整个海域的沿岸带海冰全部消失,形成大范围的开阔水。夏季北半球气温的升高和太阳辐射的加热作用,为海冰融化提供持续的热量。