印度洋海温异常与南亚高压东西振荡的关系

利用1952~2001年的印度洋海表温度资料、NCEP/NCAR的高度场资料,采用小波分析、交叉谱分析等方法,讨论了印度洋海温偶极子指数与南亚高压东西振荡的关系。结果表明:印度洋偶极子指数与南亚高压存在明显的负相关,且春季印度洋偶极子指数对同年夏季南亚高压的东西振荡有一定指示作用。印度洋偶极子指数与南亚高压东伸指数均存在8 a左右显著时间尺度。两者在1.5~8 a的周期上存在密切联系,在3 a左右的周期上,印度洋偶极子指数变化超前于南亚高压东伸指数,说明印度洋海温异常是影响南亚高压东西振荡的重要因素之一。     

印度洋偶极子对大气环流和气候的影响

赤道印度洋SST的分析研究证实了偶极子型振荡的存在，它在9-11月较强而在1-4月较弱。若以海温西高东低为偶极子振荡正位相，以海温东高西低为负位相，则一般是正位相时振荡要强于负位相。印度洋偶极子也存在年际（主要周期为4－5年）和年代际（主要周期为25-30年）变化。分析研究表明，印度洋偶极子对亚洲季风活动有明显影响，因为亚洲地区对流层低层的风场，南亚高压和西太平洋副高强度都与印度洋偶极子有关。另外，印度洋偶极子还对北美和南印度洋（包括澳大利亚和南美）地区的大气环流和气流有影响。     

赤道印度洋海温偶极子型振荡及其气候影响

对近百年观测资料的分析表明赤道印度洋海温(SST)确实存在着偶极子型振荡的变化特征,它在9～11月最强,而在1～4月最弱;年际变化(4～5年周期)和年代际变化(主要为20～25年周期)也十分清楚.这个偶极子主要有正位相型(海温西高东低)和负位相型(海温东高西低);一般正位相型的振幅强于负位相型.尽管在极个别年赤道印度洋海温偶极子似乎与太平洋ENSO无关,但总体而论,赤道印度洋海温偶极子与赤道太平洋海温偶极子(类似ENSO)有很好负相关.它们的联系主要是赤道大气纬向(Walker)环流.资料分析表明,赤道印度洋海温偶极子与亚洲南部流场、青藏高压和西太平洋副高都有明显关系,表明它对亚洲季风活动有重要影响.     

南亚高压在NCEP-2和MERRA再分析资料中的对比分析

通过双线性插值、相关分析、Morlet小波分析等分析方法,围绕新高分辨率再分析资料MERRA的可用性,对比分析了NASA高分辨率再分析资料MERRA和NCEP-DOE（NCEP-2）再分析资料中100hPa南亚高压的活动特征.结果表明：100hPa上,NCEP-2和MERRA资料南亚高压的特征线数值不同,NCEP-2资料为1680dgpm,比MERRA资料大4dgpm,但MERRA资料南亚高压的范围明显大于NCEP-2资料.除东伸指数外,NCEP-2和MERRA资料反映的南亚高压同一特征指数年际变化趋势基本一致,特别是两种资料南亚高压脊线指数的年际变化曲线基本重合.以20世纪90年代初为界,之前,NCEP-2资料南亚高压东伸指数、面积指数和强度指数正异常,MERRA资料南亚高压东伸指数、面积指数和强度指数负异常,NCEP-2中的指数值大于MERRA中对应的指数值;之后,反之.NCEP-2和MERRA资料南亚高压面积指数、强度指数的气候均值间存在显著差异.NCEP-2和MERRA资料南亚高压强度指数的方差间存在显著差异.两种资料反映的夏季南亚高压同一特征指数的显著周期在1979～2009年有很好的一致性：都具有相同的显著周期,并且位相也基本吻合,但两种资料在反映南亚高压主周期特征上存在一定差异：南亚高压面积指数、强度指数在MERRA资料中以准4年周期为主,在NCEP-2资料中则同时表现为准4年和8～9年两个周期.     

南亚高压和西太平洋副热带高压的变化及其与降水的联系

利用NCEP/NCAR再分析资料和我国160站月降水资料,分析了南亚高压与西太平洋副热带高压（下称西太副高）在不同时间尺度上的关系及对降水的影响。结果表明,南亚高压东伸指数存在3～6年、10～15年和20年以上的周期变化,西太副高西伸指数存在3～6年和20年以上的周期变化。其中在3～6年尺度和10～15年尺度上,南亚高...     

赤道印度洋海温偶极子型及其气候影响

对近百年观测资料的分析表明赤道印度洋海温（SST）确实存在着偶极子型振荡的变化特征，它在9－11最强，而在1-4月最弱；年际变化（4－5年周期0和年代际变化（主要为20－25年周期）也十分清楚。这个偶极子主要有正位相型（海温西高东低）和负位相型（海温东高西低）；一般正位相型的振幅强于负位相型。尽管在极个别年赤道印度洋海温偶极子似乎与太平洋ENSO无关，但总体而论，赤道印度洋海温偶极子与赤道太平洋海温偶极子（类似ENSO）有很好负相关。它们的联系主要是赤道大气纬向（Walker）环流。资料分析表明，赤道印度洋海温偶极子与亚洲南部流场、青藏高原和西太平洋副高都有明显关系，表明它对亚洲季风活动有重要影响。     

夏季北半球极涡与南亚高压东西振荡的关系

利用合成分析、交叉谱和Morlet小波分析,讨论了夏季100 hPa极涡面积指数与南亚高压东西振荡间的关系。结果表明:极涡与南亚高压东伸指数之间存在显著的反相关关系,当极涡面积扩张时,南亚高压易偏西;当极涡面积收缩时,南亚高压则易东伸。交叉谱的结果也表明:二者在不同波数上,也具有显著关系,在7.5年及3年周期振动上,二者位相相差较小。同时,在南亚高压异常偏东及偏西年份,高度场、流场、温度场均有不同的配置形式,这在一定程度上反映了南亚高压偏东及偏西年不同的环流特征。     

西伯利亚高压特征指数及其变率分析

使用1948-2005年的NCEP/NCAR再分析月平均资料,根据海平面气压场的演变特征定义了西伯利亚高压面积、中心强度、中心经度和中心纬度4个特征指数,通过分析西伯利亚高压的特征指数,揭示了西伯利亚高压的变化特征.结果表明:1948-2005年,西伯利亚高压具有明显的年际变化和年代际变化.在年代际尺度上,西伯利亚高压表现出随时间变化先减弱、缩小,后又振荡增强、加大的趋势.西伯利亚高压的位置变化趋势是先西撤、后东进,1999年后又西撤.另外,西伯利亚高压是随时间向南推进的.西伯利亚高压各指数异常变率存在不同的变化周期.西伯利亚高压面积和中心强度距平指数存在周期为24 a和14 a左右的年代际振荡和周期分别为8 a左右和4～6 a的年际振荡;中心经度和纬度距平指数都存在周期为准30 a及12～14 a左右的年代际振荡,同时还存在周期为8 a和3～6 a的显著年际变化.     

印度洋海温的偶极振荡与高原汛期降水和温度的关系

利用1961—2000年近40年印度洋海温距平场资料及对应的青藏高原35个观测站的降水与温度资料,通过相关普查得出,印度洋地区东西海温的偶极振荡与青藏高原汛期降水、温度有较好的相关关系,特别是前期1月、12月～2月的印度洋地区东西海温的偶极指数与青藏高原汛期(6～8月)降水和前一年6月的印度洋地区东西海温的偶极指数与青藏高原汛期(6～8月)温度有很好的相关。分析1961—2002年NCEP／NCAR 500hPa北半球高度场资料发现,印度洋地区东西海温的偶极指数与欧亚500hPa的高度场异常有密切的关系,并通过印度西南季风的强弱,影响到青藏高原汛期降水和温度的变化。     

印度洋地区异常海温的偶极振荡与青海温度预测研究

利用1961-2001年40a的印度洋海温距平场资料及青海地区1961—2002年41个站的降水与温度资料，通过相关普查得出，印度洋地区东西海温的偶极振荡与青海地区温度有较好的相关关系，特别是前期6月份、10月份的印度洋地区东西海温的偶极指数与青海地区6-8月、9-11月温度相关明显。分析1961-2002年NCEP 500hPa北半球高度场资料发现，印度洋地区东西海温的偶极指数与欧亚中高纬度地区的高度场异常有密切的关系，并通过季风的强弱来影响青海地区温度。     

带生物泵三维全球海洋碳循环模式

建立了一个带生物泵的三维全球海洋碳循环模式,该模式在海气界面上与一个CO2充分混合的大气箱进行CO2交换,模式积分1 200年达到准稳定态的海水总CO2、碱度及溶解氧的浓度、表层新生产力、海气分压差等的分布与实测相接近。通过带生物泵和不带生物泵的对比实验,表明海洋生物过程在海洋吸收大气中CO2能力上起着重要作用。     

亚印太交汇区的海洋再分析系统

An ocean reanalysis system for the joining area of Asia and Indian-Pacific Ocean (AIPO) has been developed and is currently delivering reanalysis data sets for study on the air-sea interaction over AIPO and its climate variation over China in the inter-annual time scale.This system consists of a nested ocean model forced by atmospheric reanalysis,an ensemble-based multivariate ocean data assimilation system and various ocean observations.The following report describes the main components of the data assimilation system in detail.The system adopts an ensemble optimal interpolation scheme that uses a seasonal update from a free running model to estimate the background error covariance matrix.In view of the systematic biases in some observation systems,some treatments were performed on the observations before the assimilation.A coarse resolution reanalysis dataset from the system is preliminarily evaluated to demonstrate the performance of the system for the period 1992 to 2006 by comparing this dataset with other observations or reanalysis data.     

海洋碳循环模式(Ⅱ)——对印度洋的模拟结果分析

把建好的海洋碳模式应用于印度洋区域,模拟得到了印度洋中与碳有关各化学量的表层分布、垂直分布和沿子午线面的等值线分布。与实测的ＧＥＯＳＥＣＳ（ＧｅｏｃｈｅｍｉｃａｌＯｃｅａｎ—Ｓｅｃｔｉｎｎ Ｓｔｕｄｙ）数据作对比,模式较好地再现了印度洋上营养盐浓度、总碳浓度、总碱度和溶解氧的二维分布。通过模拟还发现,在稳定状态下,大气和海洋中总碳含量的分布依赖于发生在海洋中的各种物理化学过程及边界条件,水平扩散系数Ｋｈ和光合作用常数率Ｋｇ对各化学量的分布有较大影响（以前有学者认为不太重要,如 Ｂａｅｓ［１］）;南印度洋中纬地区 １０°Ｓ至 ３０°Ｓ是１４Ｃ的重要向下渗透区域,人为排放的ＣＯ２可通过这片渗透区从海洋的表层输入海洋的深层。     

海洋碳循环模式(Ⅱ)——对印度洋的模拟结果分析

把建好的海洋碳模式应用于印度洋区域，模拟得到了印度洋中与碳有关各化学量的表层分布、垂直分布和沿子午线面的等值线分布。与实测的GEOSECS(Geochemical Ocean－Section Study)数据作对比，模式较好地再现了印度洋上营养盐浓度、总碳浓度、总碱度和溶解氧的二维分布。通过模拟还发现，在稳定状态下，大气和海洋中总碳含量的分布依赖于发生在海洋中的各种物理化学过程及边界条件，水平扩散系数Kh和光合作用常数率Kg对各化学量的分布有较大影响(以前有学者认为不太重要，如Baes[1])；南印度洋中纬地区10°S至30°S是14C的重要向下渗透区域，人为排放的CO2可通过这片渗透区从海洋的表层输入海洋的深层。     

An ocean data assimilation system in the Indian Ocean and west Pacific Ocean

The development and application of a regional ocean data assimilation system are among the aims of the Global Ocean Data Assimilation Experiment. The ocean data assimilation system in the regions including the Indian and West Pacific oceans is an endeavor motivated by this goal. In this study, we describe the system in detail. Moreover, the reanalysis in the joint area of Asia, the Indian Ocean, and the western Pacific Ocean(hereafter AIPOcean) constructed using multi-year model integration with data assimilation is used to test the performance of this system. The ocean model is an eddy-resolving,hybrid coordinate ocean model. Various types of observations including in-situ temperature and salinity profiles(mechanical bathythermograph, expendable bathythermograph, Array for Real-time Geostrophic Oceanography, Tropical Atmosphere Ocean Array, conductivity–temperature–depth, station data), remotely-sensed sea surface temperature, and altimetry sea level anomalies, are assimilated into the reanalysis via the ensemble optimal interpolation method. An ensemble of model states sampled from a long-term integration is allowed to change with season, rather than remaining stationary. The estimated background error covariance matrix may reasonably reflect the seasonality and anisotropy. We evaluate the performance of AIPOcean during the period 1993–2006 by comparisons with independent observations, and some reanalysis products. We show that AIPOcean reduces the errors of subsurface temperature and salinity, and reproduces mesoscale eddies. In contrast to ECCO and SODA products, AIPOcean captures the interannual variability and linear trend of sea level anomalies very well. AIPOcean also shows a good consistency with tide gauges.     

海洋碳循环模式（Ⅰ）一个包括海洋动力学环流、化学过程和生物过程的二维碳模式的建立

利用一个全球海洋动力学环流模式所模拟的海洋环流场,建立了一个全面的二维海洋碳循环模式。此模式摒弃了传统箱模式的缺陷,充分考虑了诸如大气与海洋间的碳交换、光合作用和氧化分解、碳酸钙的产生和溶解、悬浮颗粒物的下沉等过程,尤其是在模式中耦合进了以往甚少考虑的海洋生物过程对碳循环的影响,引入了详尽合理的参数化方案。通过模拟发现：在稳定状态下,大气和海洋中总碳含量分布依赖于发生在海洋中的各种物理化学过程及边界条件,水平扩散系数和光合作用常数率对各化学量的分布有很大影响。     

一个太平洋海盆尺度环流模式及其模拟结果

在中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG)发展的全球气候海洋环流模式(LICOM)的基础上构建了一个太平洋海盆环流模式,并对其模拟结果进行了深入的分析.在模拟中对中尺度示踪物输送采用了两种方案,即传统的水平扩散方案(HOR)和包括涡旋诱导速度的等密度面扩散方案(GM).对这两个试验的气候平衡态结果分析发现,该模式较好地模拟出了太平洋的环流特征,包括副热带大涡、副极地涡旋以及南极绕流(ACC)等.赤道附近的各种流系亦得到了较好的模拟,模拟的150°W赤道潜流的最大流速为40 cm/s,出现在次表层130 m左右,虽然模拟值比基于NCEP资料估计的最大流速80 cm/s小,但与其位置十分相近.两个试验均较好地模拟出了温盐的分布结构,包括北太平洋和南太平洋中层水的形成以及南极底层水的输送等.通过详细分析两个试验结果发现,总的说来在目前模式所采用的参数条件下,GM的结果稍好于HOR的结果.这些模拟结果表明,在LICOM基础上构建的太平洋环流模式从总体上是能再现许多观测特征的,可为今后进一步研究被动示踪物在北太平洋的分布等问题提供一个十分有用的工具.     

Ocean circulation and ocean-atmosphere exchanges

The oceans have a major influence on climate through the ocean-atmosphere exchange processes. However, limits to our present understanding of some of these processes is an important factor in our inability to model climate change precisely. Present knowledge of ocean structure and circulation is reviewed, with a particular emphasis on the Southern Hemisphere oceans, and the major ocean-atmosphere exchanges are examined. The influence of interhemispheric asymmetries in global warming scenarios is discussed. An improved understanding of the oceans and therefore better climate models will result from planned international ocean research experiments in the 1990s.     

Aerosol over the Southern Ocean

In a first attempt to assess a proposed climatic change feedback process involving cloud condensation nuclei (CCN) and cloud albedo, CCN concentrations N as a function of supersaturation S were measured on a voyage from latitude 43 to 65°S in October–November 1988. The usual relationship N=CS^k, with k=0.5 and C a constant was a fair apprraximation for S in the range 0.3–0.7% implying that CCN concentrations should largely determine cloud drop concentrations and hence albedo for clouds with S in that range. South of latitude 50°S and at smaller S,k was 1 or larger on average, which would lead to reduced dependence of albedo on CCN for the relevant clouds. N varied very widely for separations of the order of 100 km or 6 hours in time, particularly when the sea was partly ice-covered, suggesting strong local influences. During a large increase in N 60°S, unaccompanied by an increase in condensation nuclei (CN), cloud drops grew more rapidly than usual. In a subsidiary experiment particles were collected and examined by transmission electron microscopy. For particles less than 0.2 μm diameter, 80–90% appeared to consist of ammonium sulfate, the remainder being sea salt or an unknown substance which was more liquid and heat-resistant. Dialysis showed that the sulfate particles contained a few percent of insoluble material. Particles which formed cloud drops in vapours other water, were also studied. Comparison of these and water CCN and the rates of droplet suggested that the water insoluble portion of the particles was ethanol-soluble and surface-active. CN concentrations decreased by a factor of about 2 between 43 and 65°S, a change closely paralleled by ethanol CCN concentrations.