北太平洋海浪场和风场特征分析

利用欧洲中尺度天气预报中心(ECMWF——European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)的1979年1月2014年12月逐6 h的ERA-Interim有效波高和10 m风场资料,分析了近36年期间北太平洋海域海浪场和风场的变化特征。结果表明:1)中低纬度的西北太平洋波高有逐年线性递增趋势,大约在0.2~0.6 cm/a,而低纬度的太平洋东北部海域则以-0.4~-0.2 cm/a的趋势减小。2)风速线性变化趋势显著的区域主要集中在太平洋东北部低纬度海域,约以1.0~2.0 cm/(s·a)的速度在增加。而日本岛四周、菲律宾半岛以南等海域大都以-1.0~-0.5 cm/(s·a)的速度减小。3)北太平洋海域波高和风速都具有明显的季节变化特征,两者具有很强的相关性。西风带内有一个个波高超过10 m的风暴圈,其波高受风浪和涌浪的双重作用。这可为航海、海洋工程设计、军事及海洋能开发与利用等方面提供科学依据。     

太平洋东边界波浪输运

通过计算2000年涌浪指标(swell index)的全球分布,发现太平洋东边界赤道附近区域存在涌浪池.利用ECMWF再分析波浪资料,计算出2000年全球月平均波浪体积输运.比较2000年全球月平均波浪体积输运和2000年QUICKSCAT月平均风场,发现在赤道太平洋东边界涌浪池区域内的波浪输运方向和风向存在很大的差别,两者方向相差大约90°.这进一步验证了该地区涌浪池存在的真实性.研究发现,赤道太平洋东边界涌浪主要来源于北太平洋和南太平洋的西风带对应的海区.在涌浪池区域内分别在2.5°S和2.5°N取两条边界(边界起点为125°W,终点为美洲大陆西边界),计算通过这两条边界进入赤道区域涌浪的Stokes体积净输运量.结果表明,不同月份通过南、北两条边界波浪的净输运量与当月南、北太平洋西风带的风浪强度密切相关.同时指出了,涌浪的体积输运将会对大洋环流系统产生潜在的重要影响.     

太平洋海浪场时空特征分析

为了深入了解太平洋海浪场特别是涌浪场的时空分布特征,利用44 a(1958~2001年)ERA-40海浪再分析资料对南、北太平洋风浪和涌浪的波高和波向进行了统计分析,结果表明:北太平洋海浪场比南太平洋具有更明显的季节变化特征,四季中南太平洋涌浪均有明显的越赤道北传过程.南、北半球西风带海浪波高随时间呈线性增长趋势,且涌浪分别存在2.4~3.7 a 和2.9 a 左右的显著周期,风浪和混合浪波高存在6.5 a 和5.2 a 的共同周期     

风浪和涌浪分离方法的比较（英文）

海浪通常以风浪和涌浪混合的形式存在,如何进行分离风浪和涌浪一直是海浪理论研究和海洋工程应用中的重要问题。本文利用模型试验和实测资料,对目前提出的一种二维谱风涌浪分离方法（2D法）和三种一维谱风涌浪分离方法（PM法、WH法、JP法）进行了检验,分析发现：2D法给出的结果整体而言最为可靠,与2D法相比,PM法明显高估了风浪成分,WH法低风速时高估了风浪,高风速时跟2D法比较接近,而JP法在整体上高估了风浪成分。通过调整分割频率的比例系数,改进了PM法,改进后的PM法给出的分离结果与2D法最为一致。     

Long-term trend analysis of wave characteristics in the Bohai Sea based on interpolated ERA5 wave reanalysis from 1950 to 2020

Reasonably understanding of the long-term wave characteristics is very crucial for the ocean engineering. A feedforward neural network is operated for interpolating ERA5 wave reanalysis in this study, which embodies a detailed record from 1950 onwards. The spatiotemporal variability of wave parameters in the Bohai Sea, especially the significant wave height (SWH), is presented in terms of combined wave, wind wave and swell by employing the 71 years (1950–2020) of interpolated ERA5 reanalysis. Annual mean SWH decreases at ?0.12 cm/a estimated by Theil-Sen estimator and 95th percentile SWH reflecting serve sea states decreases at ?0.20 cm/a. Inter-seasonal analysis shows SWH of wind wave has steeper decreasing trend with higher slopes than that of swell, especially in summer and winter, showing the major decrease may attribute to the weakening of monsoon. The inner Bohai Sea reveals a general decreasing trend while the intersection connecting with the Yellow Sea has the lower significance derived by Mann-Kendall test. Meanwhile, 95th percentile SWH decreases at a higher rate while with a lower significance in comparison with the mean state. The frequencies of mean wave directions in sub-sector are statistically calculated to find the seasonal prevailing directions. Generally, the dominant directions in summer and winter are south and north. A similar variation concerning to SWH, the trend of the mean wave period is provided, which also shows a decrease for decades.     

Effects of wind waves of the Pacific westerly on the eastern Pacific wave transport

There exists a tongueshaped swelldominance pool known as Swell Pool (SP) in the Eastern Pacific region. The monthlymean wave transports (WT) for each month of 2000 is computed using the wave products of ECMWF reanalysis data. By comparing the 2000 monthlymean WT and monthlymean wind field from QUICKSCAT, large differences are found between the wave transport direction and the wind direction over the Eastern Pacific. This may serve as an evidence for the existence of the SP in this region. The work done in this study indicates that the sources of swell in the Tropical Eastern Pacific (TEP) are in the westerly regions of the Southern and Northern Pacific.     

风浪状态对海面风应力影响的初步研究

利用新近提出的海面风应力系数线性参数化理论,定性地分析了已有风应力和风浪的观测数据。分析发现这些观测数据表明在小波陡的情形下海面风应力系数随风速的变化较大波陡的情形更加迅速。结果定性地倾向于支持Toba等的结果,即成熟的风浪较年轻的风浪更加粗糙。     

Characteristic analysis of wind field and sea wave field over the NW Pacific Ocean

The NW Pacific Ocean is not onIy the only transportation way between America andAsia, but also the source influencing on inIand climate and marine variability of adjacentseas in China. Based on ship observation data during l950 - l995 in the NW Pacific,with data from several hundreds to 30 thousand in every 5"x5" grid network, throughanalyzing the monthly mean directions of prevailing wind, wave and swelI, wind speed,pressure, wave height and frequencies of gaIe of 6 and 8 sca1e, high sea…     

1988—2009年中国海波候、风候统计分析

利用高精度、高时空分辨率、长时间序列的CCMP(Cross-Calibrated,Multi-Platform)风场,驱动国际先进的第三代海浪模式WAVEWATCH-Ⅲ(WW3),得到中国海1988年1月～2009年12月的海浪场。对中国海的波候(风候)进行精细化的统计分析,分析了海表风场和浪场的季节特征、极值风速与极值波高、风力等级频率和浪级频率、海表风速和波高的逐年变化趋势,结果显示:(1)中国海的海浪场与海表风场具有较好的一致性,尤其是在DJF(December,January,February)期间;海表风速和波高在MAM(March,April,May)期间为全年最低,在DJF期间达到全年最大;MAM和JJA(June,July,August)期间,中国海大部分海域的波周期在3～5.5s,SON(September,October,November)和DJF期间为4.5～6.5s。(2)中国海极值风速、极值波高的大值区分布于渤海中部海域、琉球群岛附近海域和台湾以东广阔洋面、台湾海峡、东沙群岛附近海域、北部湾海域、中沙群岛南部海域。(3)吕宋海峡在MAM、SON、DJF期间均为6级以上大风和4m以上大浪的相对高频海域,JJA期间,6级以上大风的高频海域位于中国南半岛东南部海域,4m以上大浪主要出现在10°N以北。(4)在近22a期间,中国海大部分海域的海表风速、有效波高呈显著性逐年线性递增趋势,风速递增趋势约0.06～0.15m.s-1.a-1,波高递增趋势约0.005～0.03m.a-1。     

北极海域海面风场和海浪遥感观测能力分析

卫星遥感是开展北极海域海面风场和海浪分布特征与变化规律研究的重要手段。本文基于在轨多源卫星遥感数据,从遥感观测空间覆盖、时间覆盖和多源卫星遥感数据融合等方面开展北极海域海面风场与海浪遥感观测能力分析,研究主要结果为:基于ASCAT和HY-2A散射计可实现北极海域海面风场遥感观测,通过多星联合观测可获取北极海域时空分辨率优于12 h和0.1°的海面风场遥感融合数据;基于HY-2A、CryoSat-2、SARAL和Sentinel-3高度计可实现北极海域海浪遥感观测,同样通过多星联合观测可获取北极海域时空分辨率优于1 d和0.25°的海浪有效波高遥感融合数据;基于2016年北极海面风场和海浪遥感融合数据,分析得出北极海域海面风场和海浪在2月处于极大值,然后逐渐减小,7月最小,随后开始逐渐增大。本研究表明,基于多源散射计和高度计遥感观测可实现北极海域海面风场和海浪的高时空分辨率遥感业务化监测。     

Modification of SAR spectra associated with surface wind fields in the sea off the Kii Peninsula: A case study

Using surface wave parameters and a high-resolution surface wind field derived from Synthetic Aperture Radar (SAR) image mode data, we have investigated the spatial modification of SAR spectra. We found a surface wind front, formed by sheltering effect of the Kii Mountains, separating high and low wind-speed regions in a sea area of an European Remote-Sensing Satellite (ERS) SAR image off the Kii Peninsula. A swell system propagating westward dominates in the whole sea area covered by the SAR image. The wavelength retrieved from the SAR spectra in the sheltered (non-sheltered) region is longer (shorter). Since the distributions of surface wave parameters and surface wind speed are so well correlated, it can be considered that the SAR spectra are modified differently by the sheltered/non-sheltered surface winds. In order to examine the phenomena observed on the SAR image we have estimated the wind-wave SAR spectrum using the SAR surface winds, a wind-wave spectrum model and a SAR wave imaging model. We assume that the SAR spectrum related to the swell is homogeneous in the area imaged by SAR, and that the SAR spectrum of the wind-wave components causes the observed SAR spectra modification. Differences between the observed SAR spectra and the estimated SAR spectra in the sheltered and non-sheltered regions agree well with each other. In the present case, it can be concluded that the observed SAR spectra can be regarded as a linear combination of the wind-wave SAR spectra and the swell SAR spectra.     

The temporal and spatial variations in the Pacific wind and wave fields for the period 2002–2011

本文利用第三代海浪模式（WAVEWATCH III）分析了2002-2011年太平洋风速和海浪场的时空变化特征。首先,使用浮标观测数据对模式模拟的有效波高结果进行验证。结果表明模式可以有效地后报太平洋的有效波高。模式偏差较大的区域为中低纬度地区。随后将太平洋分为多个子区域,分别讨论了其风速和有效波高的时空变化特征。多年平均太平洋风速和有效波高存在类似的纬向分布特征,各子区域之间风速和有效波高的季节变化存在差别。模式刻画的太平洋有效波高年际变化最大的区域为南半球中高纬区域。进一步,我们研究了波浪能量的输入与耗散。相应的源函数项的各区域平均值显示了量化的表面波的变化。最后,对日平均的风速与有效波高值进行功率谱分析寻找序列的显著周期。结果表明有效波高时间变化对应的频谱和风速谱具有一定的差异。     

北太平洋冬季SST、风场及环流对淡水强迫的响应

通过海气耦合模式CCSM3(The Community Climate System Model version 3),研究在北大西洋高纬度淡水强迫下,北太平洋冬季的海表温度SST、风场及流场的响应及其区域性差异。结果表明:淡水的注入使北太平洋整体变冷,但有部分区域异常增暖;在太平洋东部赤道两侧,SST的变化出现北负南正的偶极子型分布。阿留申低压北移的同时中纬度西风减弱,热带附近东北信风增强。黑潮和南赤道流减弱,北太平洋副热带逆流和北赤道流增强,日本海被南向流控制。风场及流场的改变共同导致了北太平洋SST异常出现复杂的空间差异:北太平洋中高纬度SST的降温主要由大气过程决定,海洋动力过程主要影响黑潮、日本海及副热带逆流区域的SST,太平洋热带地区SST异常由大气与海洋共同主导。     

西太平洋8708号台风海面风、浪结构及其关系的遥感研究

本文以Geosat卫星高度计1987年8月11日在西太平洋海域上的-上升轨道测得的风、浪资料为基础,统计分析了8708号台风影响下的海面风速和海浪特征.结果显示,此次台风影响下的海面风速和海浪波高的空间分布具有相对台风中心近似对称的结构特征,但在台风内区,台风移动方向的右方风速较左方风速增加较快,同时在台风外围,右方风速较左方风速衰减也较快;有效波高没有明显的内、外区结构,且左、右方波高随距离变化也呈不同的衰减率;风速与有效波高的关系在台风中心左右也呈现明显的不同;本文给出了台风的风速及波高随相对台风中心距离变化的经验关系式,以及合风风速与波高的经验关系式等.     

1957～2002年南海—北印度洋海浪场波候特征分析

利用ERA-40海表10 m风场驱动第三代海浪数值模式WAVEWATCH-Ⅲ,得到南海—北印度洋1957年9月至2002年8月的海浪场,并分析其波候(风候)特征.研究发现如下主要特征:(1)该海域的波高波向、风速风向受季风影响显著;(2)北印度洋大部分海域的海表风速呈显著性逐年线性递增趋势,大约0.01～0.02 m/(s·a),南海线性递增的区域则较少,有效波高呈显著性逐年线性递增的区域主要集中在低纬度中东印度洋(约0.003～0.006 m/a)、索马里附近海域(大约0.002～0.005 m/a)、南海大部分海域(约0.002～0.004 m/a),线性递减的区域主要集中在孟加拉湾海域(约-0.002 m/a);(3)Nino3指数与南海—北印度洋的海表风场、浪场存在密切的关系;(4)南海—北印度洋的海表风速与有效波高存在5.2a左右的共同周期,南海的海表风速、有效波高还存在2.0a左右的共同周期,北印度洋的海表风速、有效波高还存在26.0a的长周期震荡.     

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。     

太平洋涌浪分布特征及其对海-气边界层的影响

本文对海-气边界层波致风机制的相关理论进行了阐述,并利用ERA-40再分析资料给出了太平洋谱峰速度、波龄、波陡等描述涌浪和波致风机制物理量的年际和季节空间分布特征。分析表明:东太平洋赤道地区等海域涌浪速度最大且涌浪由南向北传播明显;太平洋波边界层高度基本呈现出东高西低的分布形势;波致风机制主要发生在赤道热带海域,北半球夏季波致风机制偏强,冬季偏弱,南半球反之;北半球北部海域夏季更易发生波致风机制,赤道附近海域相反;南海为风浪与涌浪组成的混合浪,对其波候等相关研究有必要分开进行讨论。     

Annual Variability of Sea Surface Height and Upper Layer Thickness in the Pacific Ocean

The annual variabilities of the sea surface height in the Pacific Ocean were investigated by analyzing the TOPEX/POSEIDON satellite data and by solving a reduced gravity model. We discuss how adequately the simple model can capture the variabilities of the sea surface height, and what the cause of the variabilities is. Three large amplitude peaks in the satellite data are found along the 12°N longitude line. Two elongated zones with a large amplitude are also found: one extends east-west along 6°N and the other extends northwestward from South America around 25°S. These features are adequately reproduced in the numerical simulation of the reduced gravity model. The propagation of the Rossby wave is analyzed by the use of the extended Eliassen-Palm flux to investigate the mechanism of these annual variabilities. The two east peaks around 12°N can be explained in terms of the interference between the local Ekman pumping and the free wave emitted near the western coast of North America, and the most western peak is affected by the Rossby wave formed by the local wind stress. The elongated zonal area around 6°N is mainly due to the local Ekman pumping. Another area around 25°S results from the convergence of the free Rossby wave emitted from the eastern boundary and the area with the strong wind stress curl off South America. A discrepancy between the satellite data and the model results suggests that the eastern equatorial Pacific Ocean is relatively calm in the model but not in the satellite data. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

浙江中部三门湾波浪特征统计分析

为了研究浙江中部三门湾海域的波浪特征,本文基于AWAC波浪观测仪在该海域进行了连续1年的观测,对观测得到的波浪参数进行了统计分析、线性回归分析,同时研究分析了三门湾海域受台风影响时,波浪参数和波浪谱的变化情况,探讨了波浪变化的原因.研究表明,三门湾海域常浪向和强浪向均为E向,地形是主导因素;显著波高绝大部分在0.8 m...     

信风张弛对赤道东、西太平洋斜压扰动的影响研究

利用一个斜压两层海洋模式解析地研究了赤道东、西太平洋对信风张弛的响应特征.研究表明:当赤道上空偏东信风张弛或转为西风时,由于打破了海洋原来的平衡关系,结果在赤道东、西太平洋的温跃层附近产生了扰动并开始传播.西太平洋温跃层附近的扰动向东传播的速度远大于东太平洋扰动向西传播的速度,而且与东太平洋温跃层扰动向西传播的狭窄范围和小振幅相比,西太平洋温跃层扰动向东传播的范围和强度均很大.这与最近几次强厄尔尼诺增暖事件暖水从赤道西太平洋向赤道中、东太平洋的迅速传播特征是一致的.