NCEP再分析资料和浮标观测资料计算海气热通量的比较

对来自于美国国家环境预报中心公布的NCEP1、NCEP2 再分析资料和来自于定点布放在黄海北部的浮标观测资料进行了比较和分析。结果是： NCEP 再分析资料中的海表气象参数（风速、湿度、气温、海表温度）是可信的。在统计意义上, NCEP2 给出的海表气象参数比NCEP1 与浮标观测值更接近,而净辐射通量则是NCEP1 ...     

基于海温参数模型推算Argo表层温度

Argo浮标观测已成为全球海洋观测系统的重要支柱,但因缺乏表层观测,使得Argo观测资料在海洋和大气研究中的应用仍有一定的局限性。基于一个简化的海洋温度参数模型,由Argo剖面观测及气候态数据所确定的垂向海洋温度参数,得到表层与次表层温度的函数关系,进而利用太平洋海域的Argo次表层温度数据来推算表层温度场。其中,海温参数模型的相关参数采用最大角度法求得,利用此方法得到的混合层深度,温跃层梯度,温跃层下边界等参数较以往的迭代法更精确。与传统采用外插方式得到的表层温度场及卫星反演的SST相比,推算的Argo表层温度与GTSPP、Argo NST等实测资料的标准差有了显著地降低;与Argo NST现场观测数据的相关性分析也表明,推算的表层温度与实测资料有着更好地一致性;通过相关分析检验,在理论上验证了在太平洋海域利用海温参数模型推算海表温度的可行性。本研究为弥补当前Argo资料缺乏表层观测的缺陷,构建完备的Argo网格化温度数据集提供了新途径,具有重要的科学意义和应用价值。     

2019年中国近海海洋热浪特征研究

海洋热浪是指在一定海域内发生的海表温度异常偏高的现象,海洋热浪的发生会对海洋生态系统的功能与服务产生重大影响。近年来,中国近海海洋热浪频发,引起越来越多的关注。本文利用逐日海表温度观测资料对2019年中国近海海洋热浪特征进行研究分析,结果显示:2019年,在中国近海海南岛周边海域、长江口附近海域、渤海海域和江苏外海海域海洋热浪高发,频次为7～12次;北部湾附近海域海洋热浪发生时间最长,超过150 d。在此基础上,以北部湾海域2?4月经历的一次持续时间长达数月的海洋热浪事件为例,分析了事件期间对应的气温场、气压场以及风场的异常,并进一步分析了北部湾不同季节海洋热浪事件与各气象背景场的对应关系。总体而言,2019年北部湾海域2?4月海洋热浪期间,气温偏高,副热带高压面积偏大、位置偏西偏北,冬季风偏弱,是此海洋热浪发生与维持的重要原因。     

基于再分析数据的南海三维温盐结构特征分析

掌握南海三维温盐场特征对于研究南海海洋动力环境及其对海洋气候变化的影响具有重要意义。基于海洋再分析数据GLORYS12V1和AVHRR OISST数据,开展了南海温盐空间分布及季节变化分析,以及海表温度对台风过程的响应特征分析。分析结果表明：南海海表温度一般为25～32℃,最高温度出现在8月的黄岩岛附近海域,海表盐度一般为32～35 psu,最高盐度出现在7月的东海附近海域;温盐垂向结构表现为表层高温低盐,随着深度增加温盐季节性变化越小。南海地区温跃层深度存在明显季节变化特征,秋冬季节温跃层深度大于春夏两季。根据“威马逊”台风期间海表温度变化特征分析海表温度对台风过程的响应,台风期间南海水体垂向混合作用增强,海表温度降温明显。     

福建沿海海水表层温度实测数据个例分析

采用福建沿海4个站点(包括浮标)2016年的实测水文气象数据,初步分析了不同天气系统影响情况下海表温度的变化特征。研究结果表明:福建沿海月均海温日变化和气温日变化有一定关系,二者都有明显的日变化周期,海温的日变化的峰值略滞后于气温日变化的峰值;无明显天气系统影响时,海温和气温的变化趋势比较一致,有冷空气或台风系统影响时海温和气温的变化趋势不再一致;冷空气系统影响时气温下降的时间从北到南依次滞后,而海温的下降从北到南延迟不明显;7月上升流的作用使得古雷浮标附近海表温度降低,并且周期发生明显改变。     

ERA5风场与NCEP风场在黄海、东海波浪模拟的适用性对比研究

全球再分析数据集已成为研究气候规律和数值模拟的重要工具,其中海面风场数据集是波浪模拟的重要资料,风场资料的准确性是影响海浪要素模拟结果的关键因素,不同的海面风场资料在中国各个海域的适用性具有不确定性。利用黄海、东海海域的12个观测点,选取了2006—2018年间的11场台风进行对比,验证了ERA5和NCEP风场在台风期间与常海况下的风速;模拟了中国近海海域的波浪场,与范围内15个测站的有效波高及谱峰周期进行了对比验证;分析了ERA5和NCEP风场在黄海、东海波浪模拟的适用性。主要结果如下:(1)风场质量是造成台风浪模拟误差的主要原因之一,研究区域内ERA5风场在台风期间的风速大小与实测资料具有较高一致性;长江口邻近海域内,ERA5风速相关性在0.8以上;江苏海域内,ERA5风速相关性在0.9以上;(2)分别采用ERA5和NCEP再分析风场资料作为驱动风场输入Mike21 SW模型,较好地模拟了黄海、东海海域在不同海况下的波浪变化情况;在江苏海域,ERA5资料模拟波高值与浮标测站观测波高资料相关性超过0.85,平均绝对误差不超过0.2 m;(3)两种风场在江苏海域、长江口及其邻海的适用性比黄海北部更好。结果表明,NCEP和ERA5在中国近海海域波浪模拟的适用性有差异,在江苏海域、长江口及其邻海,基于ERA5的数值模拟结果相对于NCEP模拟结果精度提高。     

基于Himawari-8卫星的逐时次海表温度融合

Himawari-8卫星是日本气象厅发射的新一代地球同步静止气象卫星,为获取逐时次海表温度产品提供了有力数据支持。本文以Himawari-8 AHI海表温度为基础,利用最优插值法融合GCOM-W1 AMSR2海表温度和NERA-GOOS现场观测资料,生成逐时次海表温度融合产品。为了充分利用邻近时刻的海表温度观测资料,利用Himawari-8 AHI海表温度和欧洲中期天气预报中心海面风速数据建立匹配数据集,研究建立海表温度日变化模型,实现邻近时刻海表温度的订正;为了消除多源海表温度间的系统偏差,以Himawari-8 AHI海表温度为目标数据,利用泊松方程对GCOM-W1 AMSR2海表温度进行偏差订正。实验验证结果表明,利用逐时次海表温度融合产品计算的日增温情况与海面风速具有较好的相关性,间接证实了逐时次海表温度融合产品的准确性;另外,逐时次海表温度融合产品与现场观测海表温度的偏差为0.09℃、均方根误差为0.89℃,二者具有较好的一致性,说明逐时次海表温度融合产品具有较高的精度。     

海表温度与海表气温位相关系

采用1982-2012年NOAA最优插值海表温度(第二版)数据资料和NCEP/NCAR再分析海表气温数据资料,利用均方差分析法,分析海表温度和海表气温的年际变化特征。将31年数据按照El Nin軌o/La Nin軌a事件分为a,b,c 3组,利用超前/滞后相关性分析法,将中低纬度海域海表温度异常(SSTA)与海表气温异常(SATA)做超前/滞后相关分析,得到每个格点SSTA与SATA之间相关性最显著的时间,从而确定SSTA与SATA之间的超前/滞后相关关系。研究结果表明:中纬度海域以SATA超前SSTA为主,SATA滞后SSTA主要分布在20°S-20°N的热带海域。SATA与SSTA超前/滞后天数统计结果均呈现双峰型分布,SATA超前峰值出现在10 d左右,SATA滞后峰值出现-7 d左右。El Nin軌o/La Nin軌a事件的出现,对海气超前/滞后相关关系具有一定影响。     

2008年夏季楚科奇陆架海域近底层水温大幅快速变化事件研究

2008年夏季中国第3次北极科学考察期间,利用锚碇潜标对北冰洋楚科奇陆架海域进行了为期33 d的海流剖面、近底层温度与盐度连续观测。观测数据显示楚科奇陆架海域近底层海水温度出现了两次较大幅度的快速升降现象。结合此次科学考察R断面温盐深仪(CTD)观测资料、以及卫星遥感海表温度(SST)和海表风场等资料,综合分析表明:观测到的这种快速升、降温现象不仅发生在近底层;这种快速升、降温现象应该是由海水温度锋面在夏季整体缓慢北移的同时存在短暂南北摆动所导致;温度锋面的季节性北移属于北极气候特征,而温度锋面短暂的南北摆动则与短期天气过程有关。     

基于WAVEWATCH-Ⅲ模式的一次冷空气过程海浪场模拟研究

以具有高精度和较高分辨率的CCMP (Cross-Calibrated,Multi-Platform)风场驱动第三代海浪模式WW3(WAVEWATCH-Ⅲ),对2009年1月12日前后的一次冷空气所致的中国海海浪场进行数值模拟,并在国内首次利用来自朝鲜半岛的观测资料对模拟数据的有效性进行检验.研究发现:(1)以CCMP风场驱动WW3海浪模式,可以整体上较好的刻画出此次中国海范围由冷空气造成的海浪场,模拟的有效波高(SWH——Significant Wave Height)精度接近高度计的观测精度,系统上稍大于高度计反演的SWH,模拟的SWH和观测值相比略有滞后的现象,观测数据跳跃较为明显,而模拟数据的走势则更为平缓;(2)此次冷空气过程中,第一岛链以内的海域的海浪场与风场具有较好的一致性,第一岛链以外的大洋中,海浪场与海表风场的对应关系明显不如第一岛链以内,以菲律宾以东的洋面最为显著的.     

南印度洋SST与南亚季风环流年代际变化的研究

利用美国NCEP全球大气再分析资料和JONES全球海表面温度异常(SSTA)资料，分析了南印度洋SSTA和南亚季风环流年代际变化的特征。研究发现，无论是南印度洋副热带海水辐合区的SST还是赤道以北非洲西海岸附近上升运动海区的SST的长期变化趋势，除了准3-5年的变化以外，还存在着明显的年代际的变化。对于全球最显著南亚季风环流的分析表明，南亚季风环流也存在明显的年代际时间尺度的变化。与南太平洋SST的年代际变化相比，南印度洋SST的变化周期要相对短一些。通过分析南半球冷空气年代际活动的特征发现，冷空气与南印度洋SST年代际时间尺度的变化具有密切的联系。     

3套不同的SST再分析数据与中国近海浮标观测的对比研究

基于自然资源部浮标数据，通过分析均值差、均方根误差、相关系数和标准差偏差4个统计量，检验了2018年7月1日至8月6日全时段及该时段内3个台风（1808号台风“玛利亚”、1810号台风“安比”、1812号台风“云雀”）过境期间，3套海表面温度（Sea Surface Temperature，SST）再分析资料（OISST、OSTIA SST、RTG SST）在中国近海区域的可靠性。对比结果表明，在全时段内，3套SST再分析资料都能在一定程度上反映中国近海SST的基本状况，其中OSTIA SST资料同浮标实测SST数据的均值差为0.12℃、相关系数为0.94，均优于OISST资料（均值差为–0.85℃、相关系数为0.90）和RTG SST资料（均值差为–0.17℃、相关系数为0.86）。通过对比单个浮标数据发现，相较约80%的MF浮标实测SST数据，OSTIA SST资料都显著优于RTG SST资料和OISST资料，具有较高的可信度。在台风过境期间，较之RTG SST资料和OISST资料，OSTIA SST资料同大部分浮标实测数据的均值差绝对值及均方根误差更小、相关系数更大，表明在高海况条件下，OSTIA SST资料能更真实地反映中国近海SST的基本状况。     

两类El Niño事件对中国近海及毗邻海域海表温度的影响

为研究东部型和中部型两类厄尔尼诺(El Ni?o)事件与中国近海海表温度(sea surface temperature,SST)变化间的联系,基于中国科学院大气物理研究所连续80年(1940—2019年)的SST再分析数据,采用EOF分解、合成分析等方法做了初步分析,发现中国近海及毗邻海域近80年SST变化与全球变暖密切相关。并且两类El Ni?o事件对中国近海SST变化的影响存在显著差异。东部型El Ni?o事件发展过程中,中国近海及毗邻海域SST在发展年主要为负异常,衰退期为正异常;中部型ElNi?o事件发展过程中, SST变化区域差异大,发展年日本附近海域为正异常, 28°N以南为弱的负异常。两类El Ni?o事件引发西太平洋风场反气旋涡的时间、位置与强度等的不同,是造成中国近海风场与海表温度异常(sea surface temperature anomaly, SSTA)差异的主要原因。     

基于卫星遥感海温数据的南海SST预报误差订正

尝试利用卫星遥感高分辨率海表温度资料GHRSST (Group for High Resolution Sea Surface Temperature) 与海表温度(sea surface temperature, SST)数值预报产品之间的误差, 建立一种南海SST模式预报订正方法。首先, 利用南海的Argo浮标上层海温数据对GHRSST 海温数据进行验证, 结果表明两者之间均方根误差约为0.3℃, 相关系数为0.98, GHRSST 海温数据可用于南海业务化数值预报SST的订正。预报订正后的SST与Argo浮标海温数据相比, 24h、48h和72h的均方根误差均由0.8℃左右下降到0.5℃以内。与GHRSST 海温数据相比, 南海北部海域(110°E—121°E, 13°N—23°N)订正后的24h、48h和72h的SST预报空间误差均显著减小, 在冷空气影响南海期间或中尺度涡存在的过程中, SST预报订正效果也较为显著。因此, 该方法可考虑在南海业务化SST数值预报系统中应用。     

A possible role for unstable coupled waves affected by resonance between Kelvin waves and seasonal warming in the development of the strong 1997–1998 El Niño

Time-varying air–sea coupled processes in the central to eastern equatorial Pacific associated with strong El Niño development during the 1997–1998 period are examined using a newly developed reanalysis dataset obtained from four-dimensional variational ocean–atmosphere coupled data assimilation experiments. The time series of this data field exhibits realistic features of El Niño evolution. Our analysis indicates that resonance between eastward-propagating oceanic downwelling Kelvin waves and the seasonal rise of sea-surface temperature (SST) in the central to eastern equatorial Pacific generates relatively persistent high SST conditions accompanied by a deeper thermocline and more relaxed easterly winds than usual. The surface condition resulting from the wave-seasonal SST resonance represents a preconditioned state that leads to an enhancement in incident downwelling Kelvin waves to levels sufficient to induce large-amplitude unstable coupled waves in the central to eastern equatorial region. Heat balance estimates using our reanalysis dataset suggest that the unstable coupled waves are categorized within the intermediate regime of coupled Kelvin and Rossby waves and have the potential to grow rapidly. We argue that the seasonal resonance and the unstable coupled waves should play crucial roles in the development of the largest historical El Niño event, which was recorded between late 1997 and early 1998.     

Variability of sea surface temperature in the Japan Sea and its relationship to the wind-curl field

The variability of sea surface temperature (SST) in the Japan Sea is investigated using the complex EOF analysis of daily data produced at Tohoku University, Japan (New Generation SST; 2002–2006). The relationship with the wind field is investigated from the daily NCEP/NCAR reanalysis data with a 1° spatial resolution. Anomalies in the SST (SSTAs) are calculated by subtracting the basin-average annual variation estimated as a leading mode of temperature. The leading mode of an SSTA represents a adjustment to the annual mean variation, most significant in December in the zone of subtropical waters entering the sea through the Korean Strait and in the northwestern sea, over which a cyclonic wind curl develops in the cold period. The semiannual variability mode is identified, which is characterized by the largest temperature increase (decrease) in the western branch of the subarctic front (in the Tatar Strait), which lags by two months behind the semiannual changes in wind curl over the sea. An episodic SSTA movement is detected in the northern part of the sea, which moves from east to west along the western branch of the Tsushima Warm Current with a speed corresponding in magnitude to an advective scale.     

夏季黄海表面冷水对大气边界层及海雾的影响

海表面温度(SST)是海气界面上的1个物理量,受到海洋潮汐、海底地形等因素影响,并对海洋大气边界层有着重要的影响.夏季的黄海,由于黄海冷水团的存在和陆架锋的影响,或是潮汐混合的作用导致海水的垂直混合,使海表面温度的分布产生复杂的结构.通过对卫星观测的海表面温度数据分析,发现在夏季黄海有几个SST冷中心的存在:辽东半岛以及山东半岛的顶端、朝鲜半岛的西侧、山东半岛南侧、江苏外海和黄海南部等.本文利用一系列船舶观测资料、卫星遥感数据、再分析数据分析等,并运用数值模拟研究黄海的冷中心对其上大气的影响.在冷区之上,大气稳定度增加,抑制了近海面大气的垂直混合,使海表面风速减弱.通过对船测数据的分析,在冷区位置有海雾多发区的存在,黄海南部冷区上的海雾发生频率达到15％以上.Weather Research and Forecasting(WRF)模式的数值模拟表明,冷中心降低上空的温度,使海表面风速减弱,形成厚度达500m的逆温层,为海雾的形成创造了有利的条件.与船测数据结果所不同的是黄海南部冷中心之上的海雾发生频率可以达到30％,去掉冷区影响的试验表明冷区较冷的海表面温度最多可以使海雾的发生频率增加15％以上.     

2004年秋季冷空气活动对南海海表温度的影响

利用航次观测和网上的有关资料对南海2次强度不同的冷空气活动及其对南海SST的影响进行了分析.结果显示,9月22日弱冷空气过程南下速度慢,在陆地上变性较明显,未造成南海SST的明显变化;而10月2日前后的强冷空气过程南下速度快,陆地上变性比较弱,造成南海SST明显下降.通过对南海海表热收支分析,发现南海北部SST下降主要是冷空气造成净热通量急剧增加,海洋失去热量,而南部SST下降可能是南部海面气旋式风应力引起的下层冷水上涌.初步解释了2004年秋季冷空气活动对南海SST的影响.     

海口湾海域波浪特征分析

通过在海口湾北部海域布置波浪观测站,对采集到的实测波浪资料进行统计和波谱分析,研究了琼州海峡波浪季节性变化特征。观测期间最大波高为5.6 m,发生在台风"莎莉嘉"经过期间。无台风影响的月份最大波高为3.0 m。年平均十分之一大波波高、年平均有效波高、年平均波高分别为0.5 m、0.4 m、0.3 m,该海域波高总体不大。波周期范围主要在2～7 s区间。研究结果表明:1)观测海区各月基本都受到东北风影响并存在东北向的波浪; 2)发现海区波浪类型主要是风浪为主的混合浪; 3)发现观测海区一直受到南海传入的长周期波影响; 4)海区风向与浪向的一致性在东北季风影响时段明显强于西南季风影响时段,风速与波高的相关性在东北季风影响时段明显强于西南季风影响时段,该现象在台风月份表现得尤其明显。     

热带印度洋海温异常与ENS0关系的进一步研究

用1955年1月-2001年12月美国Scripps海洋研究所的海温再分析资料、美国NCEP再分析资料和美国气候预测中心(CPC)资科,讨论了热带太平洋ENSO与热带印度洋海温距平以及与印度洋儡极子(Dipole)的关系,研究结果发现:在垂直最大温度距平曲面(MTAL)上,热带印度洋海温距平分布存在着与热带太平洋ENS...