西风爆发、次表层暖水东移与厄尔尼诺现象

利用最近20 a的大气海洋资料,分析了厄尔尼诺事件与赤道太平洋西风异常以及赤道太平洋次表层海温之间的关系.结果表明,赤道西太平洋(5°S～5°N,120°～160°E)和赤道中东太平洋(5°S～5°N,160°E～160°W)西风异常都存在着与厄尔尼诺周期一致的年际变化,但前者还包含有显著的2～3个月季节内振荡.赤道西太平洋次表层冷暖水东移也呈现年和年际时间尺度的振荡周期.在厄尔尼诺发生前,赤道西太平洋次表层海水出现持续性增暖,赤道西太平洋西风异常频率加快,强度增强.随后赤道中太平洋(160°E～160°W)出现持续性(3个月以上)强西风异常(即西风爆发),并进一步向东扩展,同时次表层暖水沿着赤道波导东移到赤道东太平洋混合层,导致赤道东太平洋海表大面积异常增暖,形成一次厄尔尼诺现象.最后,模式模拟了1980～1984年赤道太平洋海温的变化,进一步证实了赤道纬向西风异常对暖水东移起着重要的作用.     

热带大西洋表层环流及其月变化特征的分析

应用1993年4月至2001年3月的TOPEX/Poseidon卫星高度计遥感资料,分析了8 a平均热带大西洋(15°S～25°N,5°～50°W)表层环流结构的月变化特征.研究结果表明:热带大西洋表层环流中高纬度海区流速较小,赤道附近流速较大,表层环流系统大部分流系月变化不明显,部分流系月际波动较显著.具体来说,西南向的北赤道流下半年的纬向流速分量比上半年大.非洲沿岸流在5～11月流向为东北向,在其他月份主要为东南向.北赤道逆流可以分成两部分:25°W以东海区,北赤道逆流常年流向向东,到9月份前后流速达到最大值(约0.25 cm/s);25°W以西海区,7月至翌年1月流向向东,2～6月北赤道逆流减小,并有西向流产生.2°S～2°N,15°W以东海区的南赤道流在1～3月、9～10月流向向东,其他月份流向向西.南赤道流可认为是由南、北两支西向的海流构成,这两支海流的流轴分别位于6°S和1°N,在6～7月北支流速达到最大值0.6 m/s.南美洲纳塔耳东部西北向的北巴西海流流速月际变化不大,在5～6月份流速达到最大值0.3～0.4 m/s.相应的卫星风场遥感资料的分析表明热带大西洋表层环流结构的月变化特征与风场的分布及变化有较好的对应关系.用World Ocean Atlas 2001的月平均温盐数据反演出来的表层地转流场以及卫星跟踪ARGOS漂流浮标观测进行的对比验证表明,上述遥感分析的地转流场结果与水文数据以及海上观测结果一致.     

赤道暖池温跃层海温对低纬大气环流的影响

本文利用1967-1985年间,西太平洋137°E剖面(34°N-1°S)的深层海温调查资料及500hPa月平均图,首先分析了该剖面上深层海温变化的分布结构和年际变率特征,发现西太平洋赤道暖池温跃层(取纬度4°-8°N,厚度75-200米)海温年际间的变化与赤道逆流流量呈反位相的关系,在埃尔尼诺年期间,赤道逆流(自西向东)加强,赤道暖池温跃层海温下降.当埃尔尼诺结束时,赤道逆流流量迅速减小、温跃层海温上升在此基础上进一步研究了赤道暖池温跃层海温对低纬大气环流的影响,发现赤道暖池温跃层海温与低纬大气的关系比赤道东太平洋海表温度要明显,尤其是对夏季低纬大气和副热带高压强弱的关系更为密切,这一统计事实说明,赤道暖池温跃层海温的变化可能是影响低纬大气环流异常变化的重要热源.     

ENSO期间热带西太平洋势能的年际变化

利用1986/1987ENSO事件前后的深水CTD资料,计算了热带西太平洋(141°~165°E,10°N~10°S)相对于不同等压面的势能空间分布和时间变化。结果表明,ENSO期间热带西太平洋单位面积上水柱的势能明显减小,而热带西太平洋势能的经向变化明显大于纬向变化。经向变化的特征是赤道外势能大于赤道上的势能。势能最大值位于4°N和4°S,而最大年际变化则发生于7°N,远大于赤道附近。最后,还分析了热带西太平洋势能分布的地域性特征,并指出了这些特征与海洋水文特征的联系。     

地理知识

【回归线】 地球上太阳直射的南北界限,南、北纬绝对值为23°26′的两条纬线圈。在北半球的称北回归线,南半球的称南回归线。地球绕日公转,公转轨道平面(黄道平面)和赤道平面有23°26′的夹角,地轴倾斜方     

赤道西太平洋大气边界层的诊断分析

利用１９９３年ＥＮＳＯ事件爆发（４月）前酝酿时期“热带大洋与全球大气－海洋耦合响应试验”强化观测阶段“向阳红五号”科学考察船１５５°Ｅ，２°Ｓ定点海洋气象和高空大气探测资料，分析了赤道西太平洋大气边界层特征。结果表明：赤道西太平洋上空辐合对流区边界层内也有等温或逆温层存在，大气边界层物理参数变化与大尺度海－气变异有密切关系，赤道太平洋沃克环流加强、东移，边界层上部逆温层出现概率明显增大，边界层内高湿层湿度减小。另外，边界层内实测风速、风向廓线随高度的变化基本上不服从Ｅｋｍａｎ规律，但由其平均，分量合成得到的平均风随高度的变化却基本符合Ｅｋｍａｎ规律。     

137°E赤道潜流1月年际变化及其原因的探讨

利用日本海洋调查船沿137°E断面8°N—1°S之间、1968—1985年每年1月份的海流实测资料,分析了该断面上赤道潜流的变化。资料表明,该处赤道潜流位于1°—2°N之间的温跃层中、下部,其单、双核结构均可出现,且下层流核之流速多大于上层流核。该处潜流1月年际变化明显,一般E1 Nino(简称EN)后期流速小于非EN时期。这主要是由于EN初期夏、秋季中太平洋信风风场发生变化,从而导致赤道及热带太平洋纬向压力梯度变化。此外,137°E赤道潜流与其两侧流的经向辐合关系密切,这表明了北赤道逆流和南赤道流对潜流的可能影响。     

地球的形状在改变

众所周知 ,地球从两极略有压缩 (约0 3 % ) ,而沿着赤道半径略有膨胀 ,这是由于地球环绕着自己的轴旋转而造成的。由于旋转受月亮潮汐作用而变慢 ,与此同时 ,地球的压缩还有动力学压扁度J2 (第 2惰性力矩 )随着时间的增长而变小。这意味着 ,地球的质量从赤道地区向较高纬度地区迁移 ,但非常慢。2 0年前 ,美国地球物理学家CPJoder等利用卫星激光技术首次测量了J2 值 ,结果是地球压扁度的压缩量为 3× 1 0 - 1 1 a。后来这被其他的实验所证实。至今J2 的变化受到 2 5年以上的追踪观测 ,也许可以得出这个过程相对稳定的结论 ,但除地球旋转…     

太平洋海温场的变化与地球自转速度的关系

本文通过交叉谱分析揭示了地球自转存在１５２个月,１２个月和６个月的显著周期。赤道东太平洋ＳＳＴＡ存在３８个月,２１４个月,５１个月和３个月的显著周期,并且二者在３８个月和１５２个月的周期上关系密切。落后时间长度谱显示,对于３８个月和１５２个月的周期,海温的变化能影响地球自转的速率;而对于２１４个月的周期,地球自转的变化能影响海温场的变化,但此为次要因素。     

热带太平洋月平均海平面低频变化的循环传播规律及其与埃尔尼诺的关系

本文对赤道东太平洋表层水温和热带太平洋月平均海平面变化进行了长时间序列分析,揭示了它们的准周期低频振荡特性,其中20°N～20°S区域月平均海平面低频变化的显着周期在43.5～50.0个月之间,与47.6个月的埃尔尼诺显着周期颇为接近;引入空间谱分析的概念与方法,分析阐明了热带太平洋月平均海平面低频变化遵从下列逆时针循环传播规律:东太平洋(墨西哥近海)→北赤道流区域→西赤道太平洋→北赤道逆流区域→东太平洋,该循环与埃尔尼诺循环过程存在密切的一一对应关系;根据上述分析结果,初步建立了依据典型区域月平均海平面变化预报埃尔尼诺的八元逐步回归模型,预报值与实测值序列的相关系数达0.89.     

厄尔尼诺/拉尼娜信号循环回路及其传播特性研究

基于1992～2001年卫星高度计资料分析了海面高度距平在厄尔尼诺/拉尼娜(El Niño/La Niña)现象中的演变过程,发现:(1)在El Niño过程中,海面高度正距平信号从西太平洋沿赤道海域向东传播至东海岸,然后分成南北两支,北支在10°N附近从东太平洋传回西太平洋的信号最强,到达西太沿岸海域再传回赤道,表明El Niño信号传播在北半球存在一明显循环回路.赤道以南循环圈不及赤道以北环路清晰.东太平洋的季节变化信号主要通过6°N,10°N和8°S附近的3个通道向西太平洋传播.La Niña信号主要从5°N和7°S向西传播;(2)在大洋海盆尺度快速传播信号背景下,存在波长700～800km的慢速传播信号,两类信号将信息在太平洋内传送.传播速度分析表明,慢速传播信号的相速与Rossby波相速相符,而快速传播信号应该是海洋对大气变异的响应.     

中太平洋西部赤道流系的诊断计算

利用１９７９年“实践”号海洋调查船在１０°Ｓ—５°Ｎ，１７０°Ｅ—１７５°Ｅ海区的调查资料，对该海区的海流进行了诊断计算。计算结果表明：该海区存在北赤道逆流、南赤道流、南赤道逆流、赤道潜流和赤道中层流。另外，在赤道有一股强的上升流。由于该上升流的存在，使赤道潜流沿纬向发生弯曲：位于上升流西侧的潜流流轴降至３００ｍ水层深处，而东侧上升至１００ｍ左右的水层深处。此外，计算结果显示潜流核心位置并不正好位于赤道上，而是向北偏移约０．５°。在有实测海流的格点上，计算值与实测值基本一致。     

夏季影响105°E越赤道气流变化的环流系统

105°E越赤道气流的发展变化与南北半球的大气环流系统发展变化有关,但这些环流系统并非同时起同样重要的作用。作者利用候平均Outgoing Longwave Radiation (简称OLR)资料与850hPa风场资料(1979～1986年)对热带东印度洋—西太平洋海域与(夏季)越赤道气流有关的环流系统做相关分析和越赤道气流偏强类合成分析。结果表明,夏季海洋大陆赤道缓冲区的对流上升运动(90°E～120°E,5°N～5°S)、澳州大陆冷性高压(10°S～30°S,120°E～155°E)的发展,都影响2～3候以后105°E夏季越赤道气流;澳洲大陆北部的冷性高压,西太平洋副热带高压西端位置西伸或东缩造成的东中国海季风区上升运动的变化,又是南北半球环流同时影响CEF变化的具体表现。南半球澳洲冷性高压北部(10°S～25°S,120°E～170°E)的辐散下沉气流对CEF加强起决定作用。     

赤道太平洋-印度洋海洋上层海温分析

用来自美国Scripps海洋研究所的海温再分析资料,通过对1955-2001年赤道印度洋和太平洋上层0-400m的海温月平均距平分析,讨论了该两大洋海温之间的联系,得到了一些有意义的结果.赤道印度洋和太平洋虽然有马来半岛、苏门答腊岛、爪哇岛等岛屿阻隔,但海洋上层海温距平在东西方向上的分布是连续的,基本呈正负正或者负正负的分布格局,这3大冷暖中心分别位于赤道中印度洋、赤道东印度洋-西太平洋和赤道中东太平洋,正负区域的交界处分别位于印度洋80°E和太平洋160°-135°W附近,正好对应于赤道印度洋和太平洋温跃层深度的不连续处,在该不连续处赤道印度洋的温跃层深度变化大于太平洋的温跃层深度变化.在赤道印度洋和太平洋的3大冷暖中心中,赤道东印度洋-西太平洋的冷暖中心是一个系统,在太平洋它的移动路径是由赤道西太平洋出发,沿着赤道向东,到赤道东太平洋转向北,到10°N再转向西,到赤道西太平洋再转向南回到赤道西太平洋,组成一个逆时针回路;而在印度洋则是由赤道东印度洋出发,向赤道西北印度洋移动,和赤道中南印度洋组成一个逆时针回路;而且这2个移动回路是同时存在的,由赤道东印度洋和西太平洋开始分别同时完成冷暖中心交替的时间大约是10个月.     

赤道太平洋海温的东西振荡及其模拟

本文对137°E剖面不同深度的海温资料进行了比较细致的整理和分析,发现热带西太平洋海温敏感区(约在6°N,125～150m处)的海温(WSST)与赤道东太平洋海温之间存在着明显的反位相变化关系.在对赤道太平洋海、气运动的基本特征进行分析的基础上,设计了一个简单的二维海气耦合模式.用此模式模拟出在赤道太平洋中存在一类似于大气中Walker环流的赤道太平洋环流,其强弱变化造成了赤道太平洋海温的东西振荡.     

赤道太平洋温度纬向对流距平分析及其与El Ni(n)o/La Ni(n)a的关系

本文用最近 20 年赤道太平洋温度、流场资料,诊断了绝热不可压缩热平衡方程中纬向对流项,并且利用 EOF 分析方法,讨论了纬向对流距平变化及其与 El Nino/La Nina 的关系。分析发现:赤道太平洋温度纬向对流距平 EOF 分析第一模态反映了在经向的振荡,第二模态反映了在纬向的振动,它们都与 El Nino/LaNina 有密切的联系。这两个模态占了总量的 70%左右。纬向温度对流距平在 3°S~3°N、3°S 以南和 3°N 以北分为正负相间的三个不同的区域,当 3°S 以南和 3°N 以北的区域温度纬向对流正/负距平沿着斜温层向西太平洋移动时,赤道区域的温度纬向对流负/正距平则穿越斜温层向东太平洋移动,形成以赤道为对称的南北两个回路。对应赤道,在 3°S 以南和 3°N 以北区域的纬向温度对流距平并不是对称的,它们在位相、中心强度和中心强度位置上都是不同的,其中 3°N 以北与赤道区域形成一个比较明显的回路,而赤道以南的回路就不是那么明显。在赤道西太平洋暖池,温度的纬向对流有很大的贡献。在 El Nino 发生前一年,赤道西太平洋暖池,主要暖的对流发生在赤道和其以南地区。     

埃尔尼诺循环的反馈机制探讨

本文利用2°×2°格点综合海-气资料(COADS),计算了赤道太平洋(11°S～11°N,120°E～90°W)1950～1987年历次El Niño和La Niña期间平均温度、气压、纬向风、比湿、云及热量收支各分量的差异,得出:El Niño而比La Niña期间,赤道太平洋洋面水平气压梯度小,东风弱,赤道中太平洋到秘鲁的西海面感热和潜热交换强,空气中水汽和云量多,有效长波辐射和射入太阳辐射少,洋西净获得(损失)热量少.最后概括了El Niño循环的两种正反馈和负反馈机制.     

北印度洋越赤道经向翻转环流的年际变化

利用50a(1950~1999)的SODA资料对北印度洋(7°S以北)越赤道的经向翻转环流及其年际变化进行了研究。结果表明,就年平均而言,上层向北的入流在越过赤道后最终通过Ekman层向南返回构成环流圈;在赤道附近的混合层,表层存在与Ekman流相反的流动。向北的入流主要通过西边界流实现,深度可达500m,向南的流动在西部较强。此环流有很明显的年际变化,周期约为4a;它的变化与海面风应力的变化是密切相关的。提出了反映此环流年际变化的2个指数。     

赤道太平洋上层海洋垂向温度梯度距平与E1 Nin^～o的关系

用赤道太平洋长达21a的温度资料以及经验正交函数(EOF)分析方法,讨论了在5°S-5°N平均纬向垂直剖面上赤道太平洋垂向温度梯度距平的时空变化,得到了一些有意义的结果.赤道太平洋垂向温度梯度距平EOF分析第1模态的正/负位相反映了Ei(n)o/La Nia发生前赤道太平洋温跃层的分布,第2模态的正/负位相反映了Ei(n)o/La Nia鼎盛以及开始衰减时赤道太平洋温跃层的分布.根据我们对赤道太平洋温跃层核心位置的定义,在Ei(n)o向La Nia转换的过程中,赤道东太平洋温跃层上升了30-40m,而赤道中太平洋温跃层先是上升了40-50m,然后又下降了40-50m,赤道西太平洋温跃层下降了90m;随着赤道西太平洋暖水的堆积以及东移,温跃层首先在赤道西太平洋加深,Ei(n)o发生前赤道中东太平洋温跃层开始加深,Ei(n)o达到鼎盛时赤道西太平洋温跃层抬升,而赤道中东太平洋温跃层加深;赤道太平洋垂向温度梯度距平EOF分析第1特征向量的时间系数与Nio3区的SST距平有非常好的相关,并且超前于Nio3区的SST距平,超前3个月的相关系数高达0.7017,超前6个月的相关系数高达0.6467,因此可以用该量来预测Nio3区的SST距平.     

赤道东太平洋水温对低纬大气环流的影响

本文利用1951年1月到1980年12月赤道东太平洋0°-10°S,180°-90°W海温(SST*)与北半球500毫巴月平均图。研究了SST*本身变化的规律,及其与低纬大气环流,特别与副热带高压的关系。结果表明,SST*的异常与季节有密切关系,下半年年际变化大,而且容易出现高温,这与爱尔·尼诺现象经常出现在年末有关。SST*异常的发展过程一般约一年左右,自3月左右开始到翌年3月左右结束。SST*偏低时反爱尔·尼诺现象的变化过程与之相似。SST*与低纬(10°-25°N)500毫巴高度(HL)有密切关系,但有一定时滞,HL落后于SST*3个月时相关最大(0.55)。西太平洋副高强度、面积、西伸脊点、北界、脊线等对SST*有4-8个月落后相关。这种现象可能与赤道洋流自东向西的运动有关。