全球海洋环流模式中上层海洋对表面强迫的响应和调整 I. 年际变率

利用一个较高分辨率的全球海洋环流模式在COADS1945～1993年逐月平均资料的强迫下对海温和环流场进行了模拟试验,研究了全球热带海洋(主要是热带太平洋)海温和环流场的年际变化特征及模式ENSO冷暖事件演变的控制机理.结果表明,模式成功地再现了和观测一致的海温和环流的年际变化以及ENSO演变特征.其中热带印度洋年际SST变率的主要模态表现为与ENSO相联系的海盆尺度的一致性增暖或变冷现象,次级模态为热带印度洋偶极子模态;热带大西洋的SST年际变率表现为类ENSO的年际振荡现象.在热带太平洋,SST年际变化主要表现为ENSO型,环流的年际变率表现为与ENSO相对应的热带海洋质量循环圈的年际异常.对应于暖(冷)事件,前期赤道海洋垂直环流圈显示出减弱(增强)的特征.其中南赤道流异常的位相较Nino3区海温总体要超前5个月左右的时间;赤道上翻流异常的位相在表层要超前4个月,并随时间由上至下扩展;赤道潜流的异常则显示出东传特征,其中最早的较为显著的异常发生ENSO成熟前3个月180°附近.在模式ENSO冷暖事件的演变过程中,次表层海温异常沿赤道的东传起了关键作用,模式的ENSO模态主要表现为"时滞振子"模态.     

西太平洋暖池研究的新进展

对近几年国内外有关热带西太平洋暖池的现场观测、暖池物理机制、暖池与ENSO的关系、暖池异常变化对气候的影响等方面的最新研究进展作了回顾;同时,对目前暖池研究中存在的几个问题进行了简要的讨论。     

台湾西南部海域风应力旋度偶极子的季节和年际变化分析

利用1995~2013年间NCEP风场资料,分析研究了台湾西南部海域风应力旋度偶极子的季节和年际变化特征,及其受ENSO事件的影响,结果表明:台湾西南部海域风应力旋度偶极子的分布存在明显季节变化,其分布期主要集中于每年10月至次年4月,夏季台湾海峡不存在风应力旋度偶极子的分布;风应力旋度偶极子的强度异常要滞后ENSO 1个月,当厄尔尼诺事件发生时,风应力旋度偶极子的分布强度较正常年份要弱,而当拉尼娜事件发生时,风应力旋度偶极子的分布强度较正常年份要强;风应力旋度偶极子的分布还存在准16.0个月和准45.3个月的显著年际变化周期,其变化同ENSO循环密切相关.     

The relationship between the canonical ENSO and the phase transition of the Antarctic oscillation at the quasi-quadrennial timescale

A correlation analysis is performed to investigate the relationship between El Nino-Southern Oscillation (ENSO) and the Antarctic oscillation (AAO) at the quasi-quadrennial (QQ) timescale.It is found that the cold tongue index (CTI) and the AAO index (AAOI) are negatively correlated with about a 7-month lead-time,while they are positively correlated with about a 15-month lag-time.To further explore this relationship,complex empirical orthogonal function analysis is employed in the QQ sea level pressure (SLP) anomalies from 1951 to 2002.The results indicate that,during the ENSO cycle,there exists one kind of global tropical wave of wavenumber 1 (GTW1) propagating eastward.With the traveling of GTW1,the tropical SLP anomaly tends to intrude into the southern mid-latitudes.Accordingly,three strong signals travel synchronously along the circumSouth-Pacific path,and a relatively weak signal extends eastward and poleward over the South Ocean in the Atlantic-Indian Ocean sector.Following the propagation of these signals,the AAO phase tends to be reversed progressively.As a result,there exists an evident lead-lag correlation between CTI and AAOI.It can be concluded that ENSO plays a key role in the phase transition of AAO at the QQ timescale.It is also noticed that this regular relationship is only evident in the canonical ENSO events,for which sea surface temperature (SST) anomalies extend westward from the tropical eastern Pacific.On the other hand,the similar relationships are not found among those atypical ENSO events for which SST anomalies spread eastward from the central Pacific,such as the 1982-1983 ENSO event.     

Baja California 边缘PC14 岩芯海水表层温度及生产力变化的百年尺度记录

加利福尼亚流是北太平洋环流的重要组成部分,它的变化对全球气候及碳循环有重要影响.对位于东北太平洋低纬区BajaCalifornia外海的PC14柱状样进行了有机地球化学分析,重建了过去14ka来这一地区百年尺度的海水表面温度及生产力变化,发现其存在明显的B/A(Bling-Aller)和YD(Younger Drays)事件,但B/A和YD事件温度变化幅度小于中纬度地区.与中纬度加利福尼亚流系早中全新世温度降低不同,PC14全新世温度无明显变化趋势.这些结果表明了东太平洋低纬地区对高纬地区的气候响应以及沿岸上升流和ENSO现象对加利福尼亚流系中纬和低纬地区的影响不同.从冰消期到全新世,PC14生产力呈现阶段上升趋势,指示了由E1 Nino气候向La Nifia气候的转化以及沿岸上升流加强的总体趋势.在全新世中后期(6.5-3.8ka)生产力的降低,则可能是受ENSO加强的影响.在B/A暖期,PC14生产力增加不多,但氧最小层强度增加,这表明生产力变化不是东太平洋边缘海的氧最小层强化的控制因素.     

太平洋海平面变化特征及影响因素分析

采用经验模态分解法对太平洋沿岸验潮站的月平均海平面资料进行处理,结合T/P高度计资料、Church(2004)重构SSH资料、Ishii(2005)月均海温资料,研究太平洋海平面年际、年代际变化以及资料长度内海平面变化趋势。太平洋沿岸海平面总体呈上升趋势,平均上升速率为1.4 mm/a,趋势项分布有明显的区域性和纬度特征。ENSO对太平洋地区海平面年际变化有显著影响,海平面年际变化与Nino3指数在西(东)太平洋为负(正)相关,海平面年际变化与Nino3指数的相关性在热带太平洋最大,并随着纬度升高相关性减弱,且不同地区年际变化有滞后ENSO时间不等的最大相关。海平面年际变化与PDO指数在西(东)太平洋为负(正)相关,海平面与PDO的相关性分布有区域性和随时间演变特征。年代际变化对目前使用卫星高度计资料分析海平面长期趋势项的预测有直接影响,可能完全掩盖海平面长期变化趋势。     

赤道潜流变化及其与ENSO的关系

应用TOGA/TAO实测海流和SODA全球海洋再分析资料,分析研究了热带太平洋赤道潜流的变化特征及其与ENSO循环的关系,初步探讨了赤道潜流变化对两种不同类型(中部型和东部型)ENSO事件的影响。对赤道潜流距平场的EOF分解表明,第一模态为"东太平洋潜流模态",特征向量主要反映东太平洋赤道潜流的变化情况;第二模态为"中太平洋潜流模态",特征向量主要反映中太平洋赤道潜流的变化情况;这两个主要模态基本可以反映赤道潜流距平场的主要信息。这两个模态对应的时间系数有明显的年际变化特征,并且与NINO指数都有较好的负相关,最大相关均通过99.9%的信度检验。相关分析表明潜流第一模态的变化滞后于NINO指数变化,而第二模态的变化则提前于NINO指数变化,即ENSO事件对东太平洋赤道潜流的变化有一定影响,而中太平洋的潜流变化又会对ENSO事件产生影响。通过个例分析表明,中太平洋赤道潜流的变化对两种不同类型ENSO事件的发生有重要影响。在东部型ENSO事件发生前,中太平洋赤道潜流增强,这样西太平洋暖池的异常海温在潜流的引导下快速向东传播,直接到达东太平洋形成东部型ENSO事件;中部型ENSO事件发生前,中太平洋赤道潜流明显减弱,西太平洋的异常海温不能迅速东传速,在中太平洋堆积上升到达海面,使得中部型ENSO事件爆发。     

渤黄海海平面的变化及其与ENSO的关系

利用1992年12月至2007年5月的高度计资料,研究了渤黄海海平面的变化特征。统计分析表明,近14a间渤海及北黄海、中央黄海海平面的平均上升高度分别为45.9mm和34.7mm,各海域的海平面上升速度不完全相同。研究发现,南方涛动指数(SOI)、纬向风应力距平都与渤海及北黄海、中央黄海的SLA呈负相关性,渤黄海海平面显著受SOI、纬向风应力调制,并且,SOI与渤黄海海域的风场之间有良好相关。将坐标系进行旋转后,获得与当地海平面异常相关最大的风应力方向。对SLA与新坐标系下风应力距平u的低频分量分析发现,渤海及北黄海海区、中央黄海对海平面影响最大的风应力距平u方向分别为东偏南20°方向、东偏南8°方向,风应力距平u分量与SLA、SOI的低频分量呈现更好的相关性。ENSO通过大气环流过程对渤黄海海域的风场产生影响,当地风场通过纬向风应力对渤黄海海平面的年际变化产生调制作用。因此,ENSO可以通过风应力对渤黄海海平面产生影响。     

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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.