长江中下游夏季降水与西北太平洋海温的耦合模态分析

利用NOAA_ERSST海温资料、NCEP/NCAR再分析资料和中国160站降水资料,借用多种统计方法研究了夏季长江中下游地区降水与西北太平洋的耦合关系.奇异值分解(SVD)和相关分析显示出长江中下游夏季降水与西北太平洋夏季海表温度(以下简称"海温")密切相关,而与其他海区没有明显的关系,并且这种关系主要反映年代际变化;夏季多变量经验正交函数展开(MV-EOF)分析结果证明夏季长江中下游降水、东亚-太平洋地区上空850hPa风场、西北太平洋海温之间存在显著的耦合模态,这种耦合模态反映出长江中下游夏季降水异常偏多时,东亚-太平洋上空自南向北有异常的反气旋、气旋、反气旋波列(即东亚-太平洋型遥相关或P-J波列),东亚夏季风偏弱、北界位置偏南.依赖季节的多变量经验正交函数展开(SRMV-EOF)分析结果表明,长江中下游夏季降水与西北太平洋的耦合模态与前期ENSO密切相关:前一年秋季,赤道东太平洋开始出现ENSO信号,冬季发展成熟,同时在菲律宾以东的西北太平洋上空有一个反气旋形成;春季,ENSO开始减弱,西北太平洋出现暖海温异常,反气旋发展;夏季,ENSO信号消失,西北太平洋异常暖海温范围扩大,反气旋发展很强,同时在东亚-太平洋上空出现P-J波列,华南上空的西南风与来自北方的偏北风在长江中下游地区辐合,造成长江中下游夏季降水偏多.     

热带太平洋潜热通量变化及其与我国夏季降水的关系

采用1948-2010年NCEP/NCAR再分析潜热通量资料,利用经验正交分解(EOF)方法,分析了夏季热带太平洋潜热通量变化的时空特征,并探讨了中国东部夏季降水异常与潜热通量变化时空格局的关系.结果显示,热带东太平洋潜热通量变化存在明显的线性减小趋势;潜热通量还具有在年际时间尺度上的变化特征.热带太平洋潜热通量第一模态时间系数与中国夏季降水相关系数表现为“南正北负”型分布,表明热带太平洋地区的潜热通量减少可能是造成我国夏季降水在20世纪70年代以后长江中下游及华南地区夏季降水明显偏多,东北、华北地区夏季降水明显偏少的影响因素之一.进一步分析表明,热带东太平洋潜热通量异常偏少时,造成东亚地区500hPa位势高度场异常偏高,形成向南的水汽输送异常,并可能通过东亚副热带西风急流年际变化影响中国夏季降水分布.     

西北太平洋台风频数异常及其与海气通量的关系

利用1984-2002年联合台风预警中心(JTWC)最佳路径台风资料、全球海洋客观分析海气通量(OAFluxes)资料和NCAR/NCEP-2再分析资料,使用SVD等统计方法,对西北太平洋台风频数与低层大气环流及海气通量异常之间的关系进行了研究,结果发现150°E以东的低纬海区是台风频数年际异常变化最显著的区域,台风频数与低层大气环流异常、潜热通量和短波辐射通量变化有着密切的联系:当副热带高压强度减弱(增强)、脊线偏北(南)、主体东移(西伸)时,季风槽加深东进至160°E(西退至140°E),低纬的纬向西风加强(减弱),海洋输送给大气较多(少)潜热通量,盛行的纬向西风携带着季风槽南侧的暖湿水汽与副热带高压南缘偏东气流的水汽输送在150°E以东(以西)的低纬海区辐合,150°E以东辐合上升的暖湿气团吸收的短波辐射偏多(少),有利于(不利于)形成高温高湿的不稳定结构,台风能量不断(不易)积累,在低层强(弱)辐合、高层强(弱)辐散的环境场作用下,有利于(不利于)台风在150°E以东的低纬海区的生成。     

我国西南地区夏季降水异常与太平洋海温季节演变的关系

根据太平洋（10°S-50°N，120°E-80°W）286个网格点1951-1986年逐月平均海温资料和同期西南地区34个站月平均降水资料1），利用交叉相关场EOF分解考察我国西南地区夏季降水与太平洋海温遥相关的结构;然后通过聚类对西南地区夏季降水分成两种基本型，分别对两种降水型对应的各季海温进行距平和复自然正交（CEOF）的合成分析。结果表明:太平洋中高纬地区和赤道东太平洋海温与我国西南四川、贵州等地存在明显的季节变化遥相关;两种降水型对应的海温异常分布，无论是距平结构还是振荡传播，均有明显的两类相反特征。     

西北太平洋副热带模态水形成区声传播特性分析

利用Argo剖面数据和水声学数值模型,分析了西北太平洋副热带模态水(STMW)形成区因季节性环境差异所引起的水声传播变化特征。声场计算结果表明,STMW形成区域的声传播为近表层波导与会聚区的复合形式,其中会聚区终年存在,表面波导在秋、冬两季混合层加深的环境条件下出现,次表层波导在夏季STMW潜沉的环境条件下出现。上层海洋中两类不同形式的波导使表层和次表层的声能分布呈反相变化,波导内与波导外的声能差异可达10~15dB(声波频率为1 000Hz)。STMW的季节性变化还会引起会聚区的位置差异,具体情况与声源深度有关。声源在20m时,夏季会聚区距离最远,秋季、春季次之,冬季最近,夏季和冬季相差6.6km;声源在150m时,夏季会聚区距离缩短了3.1km,其他季节变化不大。     

西北太平洋波候与大气涛动的联系

利用ECMWF 1958-2001年44 a的ERA-40海浪再分析资料计算了西北太平洋海域(0°~45°N,99°~160°E)月平均有效波高(SWH)、平均周期(T)与北太平洋模态指数(NPI)、太平洋年代际振荡(PDO)和多变量ENSO指数(MEI)等大气涛动之间的时间和空间的相关性,重点探讨了NPI对北半球西太平洋波候(SWH和T)的影响。结果表明:NPI、PDO和MEI均与SWH和T有显著的相关性;NPI与SWH和T呈现正相关性,NPI超前SWH和T半年左右正相关最强,最强的相关海域位于日本和菲律宾以东洋面;NPI还存在3~5 a、8~9 a和13~15 a的年际和年代际周期变化; NPI高指数且PDO负位相或MEI负位相均使得SWH和T 增大; MEI冷位相且叠加PDO负位相时也利于SWH和T增大。NPI影响西北太平洋波候的可能机制是:NPI处于低(高)指数时,阿留申低压加深(减弱)且位置偏东(西),北太平洋西风带海面风速急流出现(消失),太平洋副热带东北信风大值区东移(西移),西北太平洋海域信风减弱(加强),西北太平洋海域有效波高和平均周期随之减小(增大)。中、东太平洋西向传播的涌浪对西北太平洋海域波侯有重要影响。     

印度—太平洋海温的气候模态及其年代际异常

本文运用经验正交分解和合成图分析方法,对１９４０－１９９０年印度－太平洋海温的气候模态及其年代际异常特点进行了研究。     

南海季风型海-气耦合模态的时空特征及其与中国夏季降水的关系

使用NCEP/NCAR的海表温度(SST)、海面10 m风场的月平均再分析资料,用联合SVD(CSVD)的方法研究了不同季节南海的海气耦合模的时空分布特征及其与中国夏季降水的关系。通过对不同季节的海-气耦合模的年际变化特征的分析。结果发现:第一模态为最显著模态,模态协方差贡献比在四季均超过80%,空间上SST表现为与南海等深线相一致的海盆模态,风场上主要表现为弱的冬季风或弱的夏季风,各个季节的海-气耦合模态都主要反映了SST-蒸发-风反馈这样1种正反馈的海-气相互作用过程,而且冬季风期间这种相互作用要更强烈些。时间系数均主要表现为一致的上升趋势和1976年前后的年代际突变,以及与ENSO相关的年际变化特征。冬、夏季弱的季风对应暖SST的特征体现了这种耦合模态隔季相关的特征,都对应夏季华南旱(涝)、江南涝(旱),华北、山东半岛旱(涝),东北涝(旱)这样1种波列状的旱涝相间分布。     

西北太平洋季风槽异常与热带气旋活动

在普查1979-2005年热带气旋(TC)个例的基础上,建立了生成于西北太平洋季风槽的热带气旋(简称MTTC)序列,统计发现1979-2005年的5-10月南海和西太平洋TC总频数为672个,其中MTTC频数为491个,占总频数的73.1%,占登陆我国TC频数的79.2%,可见,MTTC的活动规律反映了西太平洋TC以及影响我国TC的主要活动规律.分析了逐日环流场,将季风槽分为5种主要形态:南海季风槽型、南海-西太平洋季风槽型、反向季风槽型、三气流型和西太平洋季风槽型.根据每年5-10月的季风槽、副高以及越赤道气流等系统的强弱和位置,将1979-2005年分为4种年型:季风槽西南型、西北型、偏东型和正常年型,针对前3种季风槽异常年型,诊断分析了有利于TC形成的海温场、大尺度环流场、水汽输送、大气视热源和视水汽汇以及纬向风垂直切变的特征,发现不同季风槽年型,由于太平洋海温场的差异,引起哈得来环流和Walker环流的差异以及西太平洋副高、南亚高压等大尺度系统位置以及越赤道气流强度的差异,导致有利于TC生成的热力条件、动力条件和环境条件的不同,致使MTTC生成位置、频数、路径以及在我国的登陆点有着显著差异.     

西北太平洋的潮能通量与耗散

利用基于FVCOM(Finite Volume Coastal Ocean Model)模式同化沿岸验潮站数据的高分辨率潮汐数值模型结果,分析研究了包含中国近海、日本海和鄂霍次克海在内的西北太平洋海域全日、半日分潮的潮能通量与耗散。西北太平洋的潮波能量分3支,分别传入鄂霍次克海、东海和南海。传入东海的半日潮波能量是传入南海的3倍左右;传入南海的全日潮波能量是传入东海的5倍多。传入中国东部海域的M2分潮能中,有64.3%耗散在东海,32.4%耗散在黄海,仅有3.2%耗散在渤海;而K1分潮能中分别有48.2%、31.4%及7.1%耗散在东海、黄海及渤海。进入南海的潮能中,仅有32.7%的M2分潮能和38.3%的K1分潮能耗散在南海的北部海域,另有23.9%的M2分潮能进入并耗散在台湾海峡,其余则进入南海南部。传入日本海的太平洋潮能很少。鄂霍次克海消耗的全日潮能是半日潮能的2倍。     

西太平洋热通量变化及其与中国夏季降水量异常的联系

利用EOF方法分析了1951～2008年间西太平洋湍动热通量的时空特征,并探讨了中国夏季降水异常与同期西太平洋潜热通量时空格局的联系.结果显示,西太平洋潜热和感热通量距平场具有较相似的空间分布以及显著的年际变化,但潜热通量的变化幅度较感热通量大;潜热通量距平场的空间变化存在明显季节差异.冬季潜热通量变化的显著区域位于黑潮流域,而夏季则见于西太平洋暖池区.冬、夏季潜热通量除了具有准4a振荡周期外,还存在着明显的线性增强的长期变化趋势.进一步分析表明,夏季西太平洋潜热通量变异主要存在着偶极型、同一型和三极子型模态,其时间系数分别具有显著的准4a、准2a和29a的周期变化,它们分别对应着不同的中国夏季降水量异常的分布,而大范围的潜热通量负异常则与中国江淮流域大部和华北北部地区的降水偏多相对应.这为中国降水量的异常及机理研究提供了必要基础.     

Different effects of tropical cyclones generated in the South China Sea and the northwest Pacific on the summer South China Sea circulation

Tropical cyclones (TCs) that affect the South China Sea (SCS) can be generated in either the SCS or the northwestern Pacific (NWP). Using satellite measurements, the Sverdrup theory and a 1.5-layer nonlinear reduced gravity model, the present paper investigates the effects of SCS and NWP TCs on the summer SCS upper layer ocean circulation. Both SCS and NWP TCs enhance the summer mean circulation pattern of the cyclonic gyre in the northern SCS and the anti-cyclonic gyre in the southern SCS. However, the effect of SCS TCs is much larger than that of NWP TCs, although the number of SCS TCs is smaller than NWP TCs. This is because the SCS TCs-induced wind stress curl pattern is favorable for enhancing the summer SCS mean circulation.     

东亚夏季风降雨的可预报性研究

本文根据CMAP(The Climate Prediction Center Merged Analysis of Precipitation)观测资料,使用相关系数和均方根误差,对CHFP2(Coupled Historical Forecast Project, phase 2 )的2个模式对东亚夏季降雨的季节预报技巧作出评价。在完美模式的理论框架下,分别使用基于信噪比的潜在相关系数和基于信息熵的潜在可预报性指标,对该区域主要针对夏季降雨的可预报性作出评价。通过最可预报分量分析(PrCA),得到季节降雨的最可预报型。将最可预报型投影到海温场,得到了降水最可预报型对应的海温分布。研究发现:相关系数所反映的预报和观测的线性相关程度总体上是低纬度海洋区域比高纬度陆地区域高,而均方根误差反映的则是在海洋区域降雨预报偏离实际值的程度较陆地区域大,预报水平与目前降雨的季节预报水平相符。潜在可预报性估计表明,潜在可预报率存在空间上的变化,从低纬度向高纬度、从海洋到内陆,呈衰减趋势。同时,信号和噪音的分析表明,信号成分占主导作用,形成了潜在可预报率的空间分布格局,暗示了海洋外强迫的重要作用;中国大陆缺少像海洋区域那样明显的外强迫,因此降水季节预报技巧相比热带海洋区域非常有限。海温投影的分析表明海洋的外强迫是东亚降雨季节预报的重要来源。尽管厄尔尼诺本身的复杂性,它对东亚夏季风的重要影响及其与东亚降雨预报之间的遥相关揭示了它们内在的联系。     

西北太平洋异常变化

根据国家海洋局全部海洋站的水温和水位资料,以及“热带海洋和全球大气(TOGA)”的ADCP测流和CTD资料计算并分析了黑潮源流区输入西北太平洋的北向质量通量和西北太平洋及其邻近海域的水温、水位的异常变化,同时还应用美国宇航局Goddard地球观测系统(GEOS)/四维资料同化系统(DAS)计算并分析了西北太平洋的海面潜热通量的空间和时间变化.结果表明,北向质量通量具有明显的年际变化.这种年际变化与西北太平洋水温、水位和潜热通量的变化有着合理的因果关系.当前者减少时,后3者也明显减小.其物理解释是从热带西太平洋输入西北太平洋的海水质量和热量的减少将导致西北太平洋的减水和热量收入的减少,而热量收入的减少又将会引起水温和潜热通量的减小.     

Nutrient profiles in interstitial water and flux in water-sediment interface of the Zhujiang Estuary of China in summer

I\TRODLCTIO\In ootal enviroaments, the degradation of sedimentaIy organic matter was the main pro-cess of the biQgaxhemistry cyclc of nutrients, which controlled not only the bury efficiency oforganic carbon but a1so the nutrients flux to overlylng water (Aller, l980). The rnain mecha-nism of whneralization of sediment was organic rnatter degradation such a-s biolOgic and redOxprocesses, these reactions oould convert sedirnentary organic rnatter into nutrients, then releaseto the intersti…     

夏季副热带西北太平洋地区大气涡旋空间分布特征的初步研究

应用1985—2002年夏季欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的40a再分析资料,初步分析了副热带西北太平洋区域温带气旋、热带气旋和高空冷涡三种涡旋的三维结构及其时空分布特征。结果指出:(1)不同种类的涡旋具有不同的三维结构特征;(2)温带气旋和热带气旋主要分布在400hPa以下,涡旋分布的高值区位于近海海区,向内陆方向或向远海方向分布减少。副热带高空冷涡分布在太平洋上空的400~100hPa,呈东西向带状分布;(3)三种涡旋的个体强度有不同的年际变化特征。     

太平洋夏季水对加拿大海盆海冰的影响

近年来,北极海冰发生了大面积减少,减少的原因仍存在着争议。基于2003-2011年的水文和遥感卫星数据,对北冰洋加拿大海盆的太平洋水和海冰进行研究。通过对比2006年和2007年太平洋水位温与海冰密集度的空间分布,发现太平洋水暖异常于2007年1-3月进入加拿大海盆的中部,并可能导致了2007年夏季海冰大面积的融化。2003-2011年,在加拿大海盆的中部,太平洋水位温与海冰密集度存在着时间上的负相关。选取2007年8月,发现两者在空间上也存在着负相关。这很可能说明太平洋水暖异常在流动的过程中,向上输送了热量,在一定程度上,融化了海冰,从而触发海冰-反照率正反馈,导致海冰的减少。因此,通过白令海峡进入北冰洋的太平洋夏季水,对北极海冰面积的减少有着重要影响。     

东海表层水二氧化碳及其海气通量

1994年春、秋季在东海进行了两个航次的调查，采用气相色谱法和CO2采样系统测定了表层水和大气CO2分压。结呆表明，东海大部分海区CO2处于不饱和状态，可视为大气CO2的汇点。东海陆采区表层水CO2分压呈明显的季节变化趋势，即春季近岸低，大洋高；秋季西北部高，大洋低。黑潮区表层水CO2分压较低，无明显的季节性变化。利用通量模式，估算了大气输入东海海域的CO2通量为45.1g／(m2·a）。