南海区域海面热量平衡特性及其对海温场的影响

一、前言近年来,中外许多从事气象工作的研究人员,已揭示了海洋对大气过程有着直接影响的重要事实,特别是在长期天气预报中,海洋的作用更是不可忽视的重要因子。人们知道,海洋和大气之间存在着连续的热量交换过程,探讨其间的变化规律,有助于了解水文气象要素的变化,对于进一步揭示和研究海洋与大气之间的相互关系有着重要意义。目前,南海区域的海—气间的相互作用的研究工作开展的不多。本文采用实际资料计算了我国南海区域(9°N—21°N,110°E—120°E)逐月海面热量平衡诸分量,对其特性进行了     

南海海温与赤道东太平洋海温的遥相关

南海不仅蕴藏着丰富的海底石油和各种矿产,而且还是海上重要航道,具有政治、军事和经济的特殊地位。它处于菲律宾、马来西亚和中南半岛三面陆地的环抱之中,东边与热带西太平洋边缘接壤,是一个半封闭的深水海域,既受陆地影响,又与邻近海域有关联,具有独特的海洋环境特征。由于南海为低纬热带海洋,而且处于季风气流上游,因此是我国夏季降水的水汽和各种能量的重要源地之一。它的海温变化与季风环流的相互作用以直接影响我国东部低纬地区的降水量。因此,研究南海海温的变化特征及其与El Nino的关系,不仅是研究该海域海洋环境预报的重要课题,而且可为中国南方天气与气候及其预测的研究提供重要依据. 本文在分析南海海温与赤道太平洋海温长期趋勢的基础上,采用了典型相关分析方法研究两海区的遥相关,并重点对南海滞后赤道东太平洋海温12个月的两海区前两对典型变量的交叉谱进行了分析。     

南海海温异常与ENSO的相关性

使用1958－1987COADS资料，应用复经验正交函数（CEOF）分析方法，分析南海海表面温度场（SST）和风场（u及v）。结果发现，南海海温异常基本独立于西太平洋，同时存在类似于ENSO事件的年际变化，ENSO发生前冬季南海有异常降温过程，之后有增暖事件发生。分析还表明，南海SST异常主要取决于经向风场的异常强迫。南海SST与ENSO事件的相关性实质上反映了季风异常对ENSO循环的影响。     

南海海温可预报性的诊断研究

本文采用南沙永署礁所测的１９８８．９～１９９６．１的逐日表层海温资料和西沙１９８８．８～１９９５．１２月逐日表层海温资料，用相空间延拓方法，计算了它的关联维Ｄｍ和Ｋａｌｍｏｇｏｒｏｖ熵的近似值二阶Ｒｅｎｙｉ熵Ｋ２，得到Ｄｍ为分数维，Ｋ２约为一正数值，证明南海海温系统具有混沌吸引子，是一种混沌运动，是一个强迫耗散的非线性系统，其长期演变过程主要受５～９个因子控制，可估计出相应的海温预报时效约为３～９天。南海海温的预报时效与其周期有某些相似之处，但它们之间的关系还有待于进一步研究。     

南海夏季风爆发早晚的海温预报指数

使用1979—2009年美国国家环境预报中心再分析气候预测系统(CFSR)的日平均资料,确定了1979—2009年南海夏季风爆发的具体日期。使用英国Hadley中心提供的海表面温度月平均资料,根据南海夏季风爆发时间和海温距平的相关场,定义热带西太平洋海温距平指数(WPI)和赤道中太平洋海温距平指数(CEPI)。通过对季风爆发早晚年和正常年的分析对比,定义客观标准:(1)WPI和CEPI从前1年秋季9月到季风爆发前3月份基本保持相反的位相,并且WPI没有发生正负位相转换;(2)WPI从前1年9月到该年3月这7个月的月平均指数的绝对值≥0.2;(3)满足(1)(2)条件后,当WPI<-0.2且CEPI>0,则南海夏季风爆发可能异常偏晚,而当WPI>0.2且CEPI<0时,南海夏季风爆发可能异常偏早;(4)当WPI·CEPI>0时,季风可能正常时间爆发,而满足条件(1)但不满足(2)时季风正常时间爆发的可能性较大。并对2010、2011和2012年南海夏季风爆发早晚做出了比较合理的预测。     

海温场的递归滤波分析

递归滤波(RF)是一种属于经验线性插值类的客观分析方法。因其处理边界域和背景场的独特能力以及在计算机处理上的快速便捷优于其他的传统分析方法,适合于分析诸多资料量大(如卫星资料)、不同来源的不均匀资料。本文主要发展这一客观分析方法在海温场分析上的应用。综合利用各种时空分布和精确度均不相同的海温资料,对几个基本参数的取法进行调试并选取适当的值,分析得出细网格的海温场。结果表明,递归滤波方法不仅灵活简便,而且分析出的海温场质量好,基本上可以反映海温的实际情形。对海温场的分析还可为其他从卫星等提取的非常规资料分析提供借鉴。     

西太平洋副高与海温场分析

本文分析500百帕月平均西太平洋副热带高压强度和位置变化与北太平洋和赤道海温之间的相互关系。结果表明,海温对西太平洋副高的影响比较明显,而副高对海温的影响不如海温对副高影响那样显著。海温与副高的相关关系有着明显的季节差异和区域差异,其中冬季赤道低纬地区的海温与冬、春季副高强度变化之间的关系最为突出。     

北太平洋海温场的时空特征分析

近年来运用海表温度作副热带高压和长期天气预报方面取得了显著效果,为了进一步探讨海洋对气候和长期天气过程的影响,必须重视海温场的特征分析。这几年已有一些工作[1,3,7],从不同侧面对北太平洋海温场进行研究。本文试图从海—气相互作用的角度分析北太平洋海温场的时空分布特征及其年际变动,进而讨论它们对大气的影响。     

基于Stacking机器学习模型的南海北部海温预报

基于Stacking(ET-ET)的机器学习算法,利用美国国家环境预报中心再分析数据和MGDSST海温融合数据,建立了一套高效的海温长期预报方法,并在南海北部海域开展了1 a的表层海温长期预报实验。结果表明：基于Stacking(ET-ET)机器学习模型的表层海温长期预报的均方根误差降至0.52℃,平均绝对百分比误差降至1.58%,明显优于基于支持向量机、人工神经网络和长短期记忆模型的预报结果。     

基于GIS的南海海温时空过程分析研究

海温是海洋环境影响因子之一,对于海洋生态环境、海水养殖业等尤为重要。本文以Argo数据提取的南海海洋温度场数据为例,结合GIS(GeographicInformationSystem)技术,研究南海海温点过程、面过程可视化表达的方法。利用GIS作为可视化框架提供南海海温场的可视化显示,包括放大、缩小和拖动等基本功能,绘制多种形式的数值图像并进行空间分析,包括海温数据曲线绘制、海温值查询、空间插值、等值线等。基于Argo数据可视化表达的结果,从南海海温年变化、随纬度的变化、垂向变化、季节分布特征四方面对南海的海温时空特征进行了分析,结果表明:(1)南海海表温度高温的持续时间比较长,升温过程比降温过程相对要短一些;(2)随着纬度的降低,温度整体升高,温度的年变化幅度越来越小。夏秋两季随着纬度的变化,温度变化不大,春冬两季的温度变化较大;(3)在0~30 m温度变化很小,在深度为30m处温度开始逐渐下降,到达500m以下,海温一年四季都比较接近;(4)冬季海温总体最低,夏季海温总体最高。冬季和秋季,在南海西南方向等值线呈现西北—东南向,等值线比较密集。海温的时空变化研究可以对海洋温跃层、海洋温度锋,海水不同层次的结构的研究提供一定参考。     

赤道东太平洋和印度洋-南海暖池海温场的协同作用对西太平洋副热带高压的影响

本文应用Hadley Center提供的全球最新海表温度资料,分析探讨了赤道太平洋和印度洋-南海(简称印-南)暖池区域海表面温度异常(SSTA)与西太平洋副热带高压(简称副高)变化的关系,结果表明,赤道东太平洋SSTA和印-南暖池区域SSTA对副高的影响存在明显的时空分布差异,它们二者对副高变化存在协同作用的影响。前者对副高的影响始于超前一年的春季,持续到当年的春季。后者则始于前冬,持续到当年的夏季。赤道东太平洋SSTA对副高的影响主要通过对经向环流影响所致,印-南暖池区域SSTA对副高影响的主要途径是通过经向环流和水汽输送,前者主要体现在对对流层中低层经向Hadley环流的影响,而后者主要体现在对对流层低层经向季风环流及其伴随的水汽输送的影响,它们二者对副高的影响机理存在不同。作者提出了赤道东太平洋和印-南暖池区域SSTA对副高存在协同影响作用,并通过最优子集回归分析,建立了副高异常变化的预测模型,对2015年5-8月副高强度进行了预测,其结果是5-8月的副高强度较常年偏强,扣除超强台风的影响,预测结果正确,由此可以认为,本文建立的预测模型是可靠的。这一工作的特点是强调了赤道东太平洋和印-南暖池的协同作用对副高持续性的影响,为副高异常变化及其降水的预测提供更为可靠的依据。     

南海海温与我国夏季降水相关关系的研究

近20年来,气象工作者一直把赤道东太平洋海温对我国汛期降水的影响作为海-气相互作用中的重要研究课题。陈烈庭(1977)研究了赤道东太平洋地区海温异常变化对我国汛期降水的影响;黄嘉佑(1989)利用相关矩方法分析了赤道东太平洋海温与我国夏季雨日之间的关系;魏风英等(1992)研究了赤道东太平洋海温等因子与长江流域夏季旱、涝之间的关系及各因子在旱、涝形成中的贡献。研究结果表明,赤道东太平洋海温对我国降水有显著影响。 南海地处赤道西太平洋边缘,是低纬热带海域,它位于季风气流上游,是我国夏季降水的水汽和各种能量的重要源地之一,因此该海域海表面温度(简称海温)的变化与季风环流的相互作用可直接影响我国东部低纬地区的降水。罗绍华等(1985)曾作过南海海温与长江中、下游夏季降水的相关分析,分析结果认为,南海前期海温变化与长江中、下游夏季降水有密切关系,即前期海温偏暖时,长江中、下游夏季降水往往偏多,反之,前期海温变冷时,降水少。但是,由于上述研究是利用1951-1972年的资料,而且仅限于长江中、下游地区与南海海温的相关分析,因而还不尽如人意。随着南海海温资料和我国降水资料的不断累积,为进一步深入研究南海海温变异与我国降水的关系提供更好的条件,本文试图通过分析南海前期各季海温与长江中、下游和东南沿海地区的降水关系,找出在海温影响下的降水分布特征及旱、涝出现规律,为长江中、下游和东南部地区旱、涝的长期预测提供依据。     

华北地区夏季降雨量与南海海温长期变化的关系

比较了华北地区7个站与17个站1951-1997年夏季（6，7，8月）降雨量与气候随时间的变化特征，并对其成因作了探讨。结果表明，用北京、天津、邢台、烟台、郑州、太原和济南等7个站可代表该地区夏季降雨量与气候的多尺度变化特征，过去47a该地区依次经历了湿凉、湿热、湿凉、干热、湿热几个时期，降雨量的长期变化与南海前冬（1-2月）海温成负相关。前冬南海海温偏高，意味着初夏南海地区大气对流低频振动偏弱，南海夏季风爆发较晚，西南季风较弱，夏季西太平洋副高位置偏南，华北地区大气低层北风加强，华北地区夏季少雨，前冬南海海温偏低时情况则相反，考虑冬季（1-2月）南海南温和7-8月西太平洋副高脊线位置（纬度）的影响用均生函数建模，试验结果与用子波变换重构方法考虑华北地区夏季降雨量的变化趋势比较，二者相吻合，预测试验结果与过去3a的实况基本一致。     

初夏南海海温对华南降水影响的数值模拟

本文采用P-σ五层原始方程模式以气候统计分析结果为依据就6月份南海海温对华南地区降水的影响进行了数值模拟.试验结果表明,由于南海的海表温度增暖,华南地区低层有水汽辐合,并有较强的上升运动配置,使该地区降水增加.同时东亚季风环流也随之加强,整个东亚高、低层都呈现有利于华南地区降水增加的环流形势.在低层,由于南海海温增暖,使越过中南半岛的西南季风和110°E附近的越赤道气流都得到加强,从而增加了向南海及华南地区的水汽输送.在高层,南亚高压呈“东部型”,在我国大陆上空得到加强.     

南海地区的地磁正常场

前言 南海面积约350万平方公里,其陆架辽阔,蕴藏着丰富的自然资源。南海海盆为西太平洋最西面的边缘海盆,同时受到欧亚、菲律宾海和印度—澳大利亚三大板块的作用。这块尚未充分勘探和研究的地区,引起国内外地质工作者和石油勘探开发公司越来越多的关注。由于本区跨越磁赤道两侧,正常场形态较为复杂。为了全面开展本区的地磁调查工作,我们利用国际地磁和高空物理协会(IAGA)推荐的国际地磁参考场和中国科学院地球物理所推荐的正常场公式,编制了有关计算程序进行了1°×1°的计算,并对结果进行了对比分析,提出     

南海海温的变化规律及其对我国气候的影响研究

用自然正交子数、方差极大正交旋转的因子分析方法，最大熵谱、交叉谱、相关分析以及大气环流模式等多种方法从多个方面分析了南海海温变化的基本规律，南海与太平洋海温异常的联强机制、南海海温异常对我国降水的影响和机制以及数值试验研究。     

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。     

太平洋海温场与东亚温带气旋的关系

本文分析了太平洋海温场与东亚温带气旋之间的相关关系。结果表明:太平洋海温场与东亚温带气旋之间存在着明显的相互影响的关系,而且这种影响关系有很强的持续性。有些海域,例如黑潮区与气旋之间存在着交替影响的关系。对2月气旋与海温之间相互影响过程的初步分析表明,海温与气旋的相互关系是与西风带环流及海流等相关联的。     

黑潮反气旋涡脱落时南海北部的海温分布

利用WOCE-OUT的温度资料,结合TOPEX/POSEDIENT-ERS卫星高度计资料、ParallelOceanClimateModel结果,分析了1994年2月9-19日,1994年10月26日-11月6日,1995年2月4日-14日和1997年6月23日-7月4日四个反气旋涡旋脱落时间段内南海北部的海温状况,探讨了海平面高度场中的反气旋涡在温度场中的表现特征。发现海平面高度资料中的反气旋涡对应着温度场中的高(或暖舌)温中心,其中,反气旋涡脱落发生在夏、秋季时,高温中心比海平面高度的高值中心偏西南;发生在冬季时,暖舌与海平面高度的高值中心基本一致。脱落的反气旋涡对海温的影响深度约为130～180m。