北太平洋波浪输运和西边界流的季节变化

西边界流输运可以用Sverdrup理论推算出来.本文首先利用ECMWF再分析风场数据,计算了44年的月平均的风应力旋度及Sverdrup体积输运,在北太平洋3条纬度上对Sverdrup体积输运进行积分,得到Sverdrup体积输运的季节变化,从中发现,在向赤道流动的方向上,Sverdrup体积输运在冬季存在最大值,夏季存在最小值;同样利用ECMWF再分析波浪数据,计算了44a的月平均的Stokes体积输运,在相同纬度上对Stokes体积输运进行积分,得到Stokes体积输运的季节变化,从结果中发现,在向赤道流动的方向上,Stokes输运在冬季存在最大值,在夏季存在最小值.在本文中设定R=T_(st)/T_(sv)×100%,T_(st)为Stokes体积输运,T_(sv)为Sverdrup体积输运,发现Stokes输运和Sverdrup输运存在同位相的季节变化,并且(-R)冬季平均值在5%以上,年平均值在2%～3%左右,从而推断出波浪诱导的输运对Sverdrup输运,既对西边界流有不可忽视的贡献.     

ENSO循环相联系的北太平洋低纬度异常西边界流

用SODA海洋同化和NCEP大气再分析资料,分析了热带太平洋次表层海温异常主要模态与北太平洋低纬度西边界流海域上层海洋环流和亚洲-北太平洋地区大气垂直和水平流场变化之间的关系,得到以下结果:（1） 在热带太平洋海洋次表层ENSO事件具有两种模态,二者组合构成ENSO循环。第一模态为ENSO成熟期,主要出现在冬季,第二模态为ENSO过渡期,主要出现夏季。（2） ENSO循环对北太平洋低纬度西边界流区上层海洋环流有重要影响。在El Niño发展期或La Niña 衰退期,该区出现气旋性异常环流,北赤道流（NEC）加强,NEC分叉位置北移,棉兰老海流（MC）加大,菲律宾以东黑潮（KC）减小,北赤道逆流（NECC）最强。在El Niño（La Niña）成熟期,该区气旋性（反气旋性）异常环流达最强,NEC最强（最弱）,NEC分叉位置最北（最南）,MC最大（最小）,KC最小（最大）,NECC减弱（加强）。在El Niño衰退期或La Niña发展期与El Niño发展期相反,该区出现反气旋性异常环流,由此导致相应流系异常发生反位相变化。（3） ENSO循环对北太平洋低纬度西边界流海域上层海洋环流的影响是通过ENSO事件期间热带太平洋热力状况异常改变上空大气环流来实现的。ENSO事件首先造成热带太平洋海洋热力状况异常,导致其上空对流活动异常,后者直接或间接通过“大气桥”能量传输引起相关地区大气环流场的变化,致使海面风应力场异常,进而强迫上层海洋环流场的相应变化。文章最后还分析了ENSO事件期间菲律宾附近异常反气旋或异常气旋性风场的产生和持续原因,讨论了北太平洋低纬度西边界流海域海气相互作用在ENSO循环中的贡献。     

北太平洋西边界流的低频变化特征

基于日本气象厅长时间序列的温、盐度再分析资料,利用动力计算方法分析了北太平洋西边界的北赤道流及其下游黑潮和棉兰老流流量的年际和年代际变化,并探讨了北赤道流变化的可能原因。结果表明,北赤道流和黑潮具有比较一致的年际和年代际变化,均在1976年前后发生了一次气候跃变,之后有长期偏强的趋势,而棉兰老流的年际和年代际变化则有所不同。特别是,北赤道流1976年之后增加的流量似乎大多进入黑潮,而流入棉兰老流的流量则减少。进一步的分析还表明,西传的Rossby波和棉兰老冷涡的变动可能对北赤道流的年际变化有重要影响。     

琉球群岛以东的西边界流与东海黑潮流量时空特征的研究

通过最新的高分辨率再分析海洋数据资料,对于东海黑潮以及琉球群岛以东海域的海流进行了研究。结果表明琉球群岛以东西边界流最大流速出现在600~1200 m深度的地形坡度最大处,大小约为0.2 m/s。由于冲绳岛以南庆良间水道的水交换对于东海黑潮流量有重要的影响,东海黑潮的平均流量从南向北逐渐递增,平均流量为28×106~35×106m3/s;琉球群岛以东的西边界流流量则比东海黑潮小一个量级,平均值小于其变化的方差;由于受庆良间水道海流的影响,冲绳岛东侧的流量要远小于奄美大岛东侧的流量。同一纬度大洋中西传的Rossby波对琉球群岛以东的西边界流有较大影响,因此琉球群岛以东西边界流的流量有大约100 d的显著变化周期。庆良间水道以南的东海黑潮由于主要受台湾以东黑潮流量的控制,也有大约100 d的显著变化周期,庆良间水道以北的东海黑潮则没有该特征。     

南海西边界流时空特征初探

利用高分辨率的OFES数据,通过对中南半岛和海南岛沿岸比较有代表性的几个断面进行流速剖面分析和体积输送量计算,初步探讨了南海西边界流的时空特征.结果显示南海西边界流的季节变化特征明显:夏季向北流,冬季向南流,且冬季强于夏季.在体积输送大小上,越南沿岸流的体积输送量大小为(7.4±7.0)Sv,紧邻海南岛的沿岸流大小仅为(0.57±0.5)Sv,112.0°E以东的海南沿岸西边界流体积输送大小约为(4.8±1.9)Sv,并且常年向南流动.夏季的南海西边界流在北上到达中南半岛的东南部以后偏离岸线向东流动.随着夏季风的盛行,离岸流的流速变大,主轴发生了明显的摆动,由14.0°N移动到了10.0°N.离岸流对西边界流有着显著的影响作用.     

南海冬季之西边界流：1998年2月的水文结构与体积输运

The unique survey in December 1998 mapped the entire western boundary area of the South China Sea(SCS),which reveals the three-dimensional structure and huge volume transport of the swift and narrow winter western boundary current of the SCS(SCSwwbc) in full scale. The current is found to flow all the way from the shelf edge off Hong Kong to the Sunda Shelf with a width around 100 km and a vertical scale of about 400 m. It appears to be the strongest off the Indo-China Peninsula, where its volume transport reached over 20×10~6 m~3/s. The current is weaker upstream in the northern SCS to the west of Hong Kong. A Kuroshio loop or detached eddy intruded through the Luzon Strait is observed farther east where the SCSwwbc no more exists. The results suggest that during the survey the SCSwwbc was fed primarily by the interior recirculation of the SCS rather than by the"branching" of the Kuroshio from the Luzon Strait as indicated by surface drifters, which is likely a near-surface phenomenon and only contributes a minor part to the total transport of the SCSwwbc. Several topics related to the SCSwwbc are also discussed.     

夏季风爆发期南海西边界急流的变化特征研究

南海西边界区域的海流是南海环流中的主要流系,其物质、动量及能量交换可以影响到整个南海。通过分析高分辨率的HYCOM同化数据,同时结合再分析风场数据,对季风爆发时南海西边界急流的特征进行研究,主要结论概括如下:夏季风爆发时期南海环流最主要的变化发生在西边界区,西边界急流的型态转变导致了南海整体环流型态的变化;由截面流速分析结果可知,每年南海西边界急流在季风爆发过程中的变化相较于其它区域是比较恒定的,但其它区域的不稳定变化并不影响南海环流型态的过渡过程;地形、黑潮同季风一样是南海西边界急流型态转变的重要动力因素。     

北太平洋海洋带状流的正压特性

海洋中包含着多种时空尺度的运动过程,海洋带状流是近年来发现的一种新的流动形式。这种流动现象介于地转湍流和准定常流之间。上层海洋中大尺度运动的强度远大于海洋带状流而将其遮盖,因而带状流需要借助滤波方法提取出来。本研究基于纬向速度数据,通过切比雪夫高通滤波提取了北太平洋海洋带状流的三维结构,定义了“流向稳定度”指数,量化分析了北太平洋海域带状流的正压特性,从而进一步加深了对北太平洋海洋带状流结构特征的认识。     

北太平洋经向热输送的季节变化

利用1958-2007年间的月平均SODA资料,较系统地研究了北太平洋经向热输送的基本特征和季节变化,并探讨了热输送季节变化的可能原因.结果表明,北太平洋经向净热输送的季节变化具有明显的区域性特征,在14°N以南海域热输送的季节变化较显著,而在14°N以北海域则较小;北太平洋经向净热输送的季节变化在很大程度上是由同一纬...     

北赤道流分叉点及南海北部环流的研究进展

介绍了北赤道流分叉点、南海北部环流的一些研究成果,并就黑潮对南海的影响所作的研究进行了回顾.北赤道流分叉点的位置对于北赤道流系水体疏运变化及在黑潮和MC之间水体、热量、盐度输运的分配中起着重要的作用.北赤道流分叉点位置约在14.6°N上,分叉点位置随深度增加而北移.分叉点有明显的季节变化和年际变化,在春、夏季向南移动,而在秋、冬季则向北移动.年际变化与ENSO现象相关紧密,在El Nio事件NEC分叉纬度处于最北端,在La Nio事件处于最南端.对于分叉点位置的定量化研究,仍然需要更多的观测结果进行研究.季风和黑潮是影响南海北部环流的两种主要因素.南海北部上层流场主要由广东沿岸流、黑潮入侵流套、东沙海流、南海暖流和吕宋海流组成.除海盆、次海盆尺度环流外,受季风、黑潮和地形等因素的影响,南海表现出多涡结构.通过近些年的卫星观测和数值模拟的结果,人们对南海中尺度涡的认识大大加深,但要想模拟出风应力形成涡的机制,还需要提高风场和模式的分辨率.由于观测资料的限制,对南海流场的垂直结构、以及春-秋季季风转相时期的流场结构等还研究得较少.吕宋海峡水交换是西太平洋对南海影响的主要途径.黑潮在吕宋海峡附近的形变一直是有争议的热点问题,目前对于黑潮入侵有3种观点:(1) 认为黑潮经过吕宋海峡形成流套结构,并分离出中尺度涡影响南海流场、水团结构;(2) 认为黑潮有一直接分支分离出来进入南海形成黑潮分支;(3) 认为吕宋海峡水交换不属于以上两种情况,西太平洋对南海的水团输送另有机制.北赤道流分叉点在对黑潮的水体、热量、盐度输运的分配中起着重要的作用,黑潮对南海北部环流的影响可能与NEC的分叉点位置有关,但目前对NEC的分叉点位置与南海北部环流相关性的研究甚少.最后提出了对未来加强该方面研究的一些展望.     

三种垂向混合方案对HYCOM模拟北太平洋西边界流系的影响研究

基于HYCOM(Hybrid Coordinate Oceanic Circulation Model),以OFES(OGCM for the Earth Simulator)资料为参考,分析了KPP、MY2.5、KT三种不同混合方案对北太平洋西边界流系的模拟结果的影响。结果表明:三种不同混合方案模拟的上层海洋平均流场与OFES资料相似,但在流向和流幅上略有差异,其中KPP方案模拟的流速与OFES资料最为接近,MY2.5方案次之,KT方案与其差别最大。通过代表性断面上流速的对比分析,对模式就北赤道流、棉兰老流、棉兰老潜流、黑潮的模拟效果进行比较,KPP方案模拟的效果同前人的观测和研究最为接近。分析了北赤道流,棉兰老流,棉兰老潜流,黑潮的流量的季节变化特征,其中KPP方案与OFES资料计算的棉兰老流和棉兰老潜流的季节变化特征与前人描述比较一致,表现为春强秋弱。KPP方案和OFES资料的计算结果表明,北赤道流和棉兰老流大致上是同向变化的,而在冬季棉兰老流同黑潮的变化基本上是一致的。     

印度洋海温异常对西北太平洋台风的影响及机制研究

基于近40 a NCEP/NCAR再分析月平均高度场、风场、涡度场、垂直速度场以及NOAA重构的海面温度(sea surface temperature,SST)资料和美国联合台风预警中心(Joint Typhoon Warning Center,JTWC)热带气旋最佳路径资料,利用合成分析方法,研究了前期春季及同期夏季印度洋海面温度同夏季西北太平洋台风活动的关系。结果表明:1)前期春季印度洋海温异常(sea surface temperature anomaly,SSTA)尤其是关键区位于赤道偏北印度洋和西南印度洋地区对西北太平洋台风活动具有显著的影响,春季印度洋海温异常偏暖年,后期夏季,110°～180°E的经向垂直环流表现为异常下沉气流,对应风场的低层低频风辐散、高层辐合的形势,这种环流形势使得低层水汽无法向上输送,对流层中层水汽异常偏少,纬向风垂直切变偏大,从而夏季西北太平洋台风频数偏少、强度偏弱,而异常偏冷年份则正好相反。2)春季印度洋异常暖年,西北太平洋副热带高压加强、西伸;而春季印度洋异常冷年,后期夏季西北太平洋副热带高压减弱、东退,这可能是引起夏季西北太平洋台风变化的另一原因。     

Dispersion relation of internal waves in the western equatorial Pacific Ocean

Based mainly on TOGA COARE data, that is, the CI''D data from R/V Xiangyanghong No.5 (Pu et al.,1993),the temperature and current data from the Woods Hole mooring and other deep current data, the layered numerical profiles of buoyancy frequency and mean current components are figured out.A numerical method calculating internal wave dispersion relation without background shear current, used by Fliegel and Hunkins (1975),is improved to be fit for the internal wave equation with mean currents and their second derivatives.The dispersion relations and wave functions of the long crested internal wave progressing in any direction can be calculated inveniently by using the improved method.A comparison between the calculated dispersion relation in the paper and the dispersion relation in GM spectral model of ocean internal waves (Garret and Munk, 1972) is performed.It shows that the mean currents are important to the dispersion relation of internal waves in the western equatorial Pacific Ocean and that the currents make the wave progressing co-directional with (against) the currents stretched (shrink).The influence of the mean currents on dispersion relation is much stronger than that of their second derivatives, but that on wave function is less than that of their second derivatives.The influences on wave functions result in the change of vertical wavenumber, that is, making the wave function stretch or shrink.There exists obvious turning depth but no significant critical layer absorption is found.     

Tidal Mixing in the Kuril Straits and Its Impact on Ventilation in the North Pacific Ocean

A numerical study using a 3-D nonhydrostatic model has been applied to baroclinic processes generated by the K ₁ tidal flow in and around the Kuril Straits. The result shows that large-amplitude unsteady lee waves are generated and cause intense diapycnal mixing all along the Kuril Island Chain to levels of a maximum diapycnal diffusivity exceeding 10³ cm²s⁻¹. Significant water transformation by the vigorous mixing in shallow regions produces the distinct density and potential vorticity (PV) fronts along the Island Chain. The pinched-off eddies that arise and move away from the fronts have the ability to transport a large amount of mixed water (∼14 Sv) to the offshore regions, roughly half being directed to the North Pacific. These features are consistent with recent satellite imagery and in-situ observations, suggesting that diapycnal mixing within the vicinity of the Kuril Islands has a greater impact than was previously supposed on the Okhotsk Sea and the North Pacific. To examine this influence of tidal processes at the Kurils on circulations in the neighboring two basins, another numerical experiment was conducted using an ocean general circulation model with inclusion of tidal mixing along the islands, which gives a better representation of the Okhotsk Sea Mode Water than in the case without the tidal mixing. This is mainly attributed to the added effect of a significant upward salt flux into the surface layer due to tidal mixing in the Kuril Straits, which is subsequently transported to the interior region of the Okhotsk Sea. With a saline flux into the surface layer, cooling in winter in the northern part of the Okhotsk Sea can produce heavier water and thus enhance subduction, which is capable of reproducing a realistic Okhotsk Sea Mode Water. The associated low PV flux from the Kuril Straits to the open North Pacific excites the 2nd baroclinic-mode Kelvin and Rossby waves in addition to the 1st mode. Interestingly, the meridional overturning in the North Pacific is strengthened as a result of the dynamical adjustment caused by these waves, leading to a more realistic reproduction of the North Pacific Intermediate Water (NPIW) than in the case without tidal mixing. Accordingly, the joint effect of tidally-induced transport and transformation dominating in the Kuril Straits and subsequent eddy-transport is considered to play an important role in the ventilation of both the Okhotsk Sea and the North Pacific Ocean. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

北太平洋大洋钻探研究进展

北太平洋作为全球大洋环流的重要组成部分,在高低纬间热量和物质的传输与再分配方面起到重要的调控作用,进而影响到地球气候系统。基于过去50多年来的大洋钻探工作,前人在北太平洋地球科学的研究上取得了一系列的成果。本文回顾了北太平洋古海洋和古气候方面的研究进展,包括：（1）东亚夏季风和西部边界流演化,以及其对高低纬热量、水汽的传输;（2） 北太平洋中层水和深层水的性质变化、分布范围和驱动机制,以及冰期旋回中水体垂直交换作用的气候响应;（3） 风尘输入对亚洲内陆古环境的反映,及其对北太平洋生产力的铁肥效应。尽管前人针对上述科学问题都开展了相应的研究工作,但目前在对北太平洋上述几方面的认识上仍然存在着分歧。基于对前人研究的总结概括,本文最后提出了未来北太平洋研究的关键科学问题,强调了多圈层、多系统角度对深入认识过去地球气候系统变化的重要性,并对未来大洋航次开展的理想靶区进行了展望。     

The multifractal characters of temperature finestructures in the equatorial western Pacific Ocean

INTRODUCFIONTheknowledgeoffinestructureandmicrostructureplaysamajorroleintheresearchofoceanicdiapycnalmixing.Sofarastheliteratureisconcerned,finestructuresareroughlydefinedassmallstructuresdistributedonverticalscalesfromImto100m(Munk,1981),whereasmicrostructureshavesmallerscales.Forsimplicity,thesetwofeatureswillbecalledfinestructures ThestudywassupportedbytheNationalNaturalaudienceFoundationofChinaundercontractsNo.49376257,No.4950/6071andNo.49676275,andtheResearchFundfortutorialPngr…     

基于Argo资料的北太平洋绝对地转流计算

针对海洋实测流速资料极其匮乏的事实, 利用2004 年1 月~2009 年12 月月平均的Argo 温盐格点资料, 结合改进的P-vector 方法重构北太平洋绝对地转流流场。与卫星高度计和实测流速的比较以及相关性分析表明, 重构的绝对地转流是可信的, 可以用来研究不同大尺度环流特征及其动力结构。可以为研究海洋动力过程和气候变化提供一套有用的流场数据。     

北太平洋赤道海域表层沉积物的热释光特征及其指示意义

热释光是矿物晶体接受环境核辐射作用后积蓄起来的能量在受到热激发时以光的形式释放出来的一种物理现象,它与晶体损伤、晶体中杂质混入等原因所导致的晶格缺陷有关.热释光强度的大小主要取决于自然界中长寿命放射性元素(238U,235U,230Th,40K及其子体)的衰变,与其他物理、化学、生物或人类活动无关.热释光特征能有效反映晶体形成的环境条件.热释光方法的制样简单、测量快捷,因此在辐射学、核工业、核医学、环境学、农业、考古学、地质学等领域都得到了广泛的应用.在陆地地质学上热释光方法在地质年代测定[1,2]、地层对比[3]、矿物世代划分[4]、矿床含矿评价[4,5]、陨石形成热的历史恢复[6]以及地质事件识别[7]等方面都取得了不少成果.     

两个西边界流延伸体区域中尺度涡统计特征分析

黑潮和湾流是世界大洋中最典型的两支西边界流,黑潮延伸体（Kuroshio Extention,KE）和湾流延伸体（Gulf Stream Extention,GSE）区域中尺度涡活动十分活跃。本文综合利用卫星高度计资料和Argo浮标资料,对KE和GSE区域中尺度涡的表层特征及其对温盐影响进行了统计研究和对比分析。结果表明:黑潮和湾流主轴附近为涡旋频率的高值区,主轴南北两侧分别以气旋涡和反气旋涡数量占多,主轴附近的涡旋强度明显大于其他区域;两个区域的涡旋以西向移动为主,气旋涡和反气旋涡都具有向南（赤道）偏离的趋势;两个区域的涡旋数量都以夏、秋季较多,涡旋强度都在春、夏季较大,且GSE区域涡旋强度明显大于KE区域;气旋涡（反气旋涡）引起内部明显的温度负（正）异常,KE区域气旋涡（反气旋涡）内部呈"负-正"（"正-负"）上下层相反的盐度异常分布,GSE区域气旋涡（反气旋涡）在各层呈现较为一致的盐度负（正）异常;两个区域中尺度涡对温盐场的平均影响深度可达1 000×104 Pa以上。