台湾以东黑潮经向热输送变异及可能的气候效应

基于日本气象厅长序列水文再分析资料,通过估算台湾以东黑潮24°N断面热输送量,分析了该断面黑潮热输送的低频变异特征,并探讨了热输送变异与我国近海海表温度异常变化以及前期(前秋、前冬和春季)和同期(夏季)热输送变异与我国夏季降水异常变化的关联性。小波分析显示,台湾以东黑潮(24°N断面)热输送异常存在着显著的准2a周期振荡和约16a的年代际变化,且以上显著周期主要存在于20世纪60年代中期以后,另外,台湾以东黑潮(24°N断面)热输送变异的季节差异明显;50多年来,台湾以东黑潮(24°N断面)热输送呈现出长期增强趋势,但变化幅度不大,且各季节长期趋势也有所不同。相关分析表明,台湾以东黑潮(24°N断面)热输送低频变异可能是我国东部近海SST变化的一个重要因素。另外,回归分析发现,前期及同期台湾以东黑潮(24°N断面)热输送变异对我国东部夏季降水异常变化有显著指示性,可能存在较大影响。

华南夏季极端降水时空变异及其与西北部太平洋海气异常关联性初探

基于长时间序列的观测和再分析数据,分析了1958-2008年间华南夏季极端降水的时空变异特征及其与西北部太平洋海域的海表温度、潜热通量以及水汽输送异常的联系。华南地区夏季极端降水异常变化的主要模态显示,华南绝大部分地区夏季极端降水异常呈同相变化,并以2～5年的年际变化最为显著。特别是近50年来该地区夏季极端降水趋势变化在20世纪80年代末存在明显转折,即在1989年之前华南绝大部分地区夏季极端降水频次呈减少趋势,之后表现为增多趋势。结果表明,西北部太平洋同期海气异常与我国华南地区夏季极端降水显著关联的关键区主要位于南海海域及其邻近的西太平洋暖池区。该海域的海表温度、潜热通量的异常变化可能是影响华南夏季极端降水的重要因素,而南海北部水汽经向输送的异常变化可能是引起华南夏季极端降水变异的关键因素之一。这可为我国华南地区夏季极端降水变异规律、机理及模拟预测研究提供一定的参考依据。

西太平洋暖池纬向变异及其对ENSO的影响

基于SODA再分析资料以及SST、JEDAC和TAO观测资料,利用加权平均法建立了具有良好代表性的暖池整体暖水的纬向运移指标序列,并利用Morlet小波变换等分析方法,研究了暖池的纬向变异特征及其对ENSO的影响。结果表明,暖池具有明显的年际(2—7年)和年代际(10—16年)纬向变异,并在1976年前后经历了一次由弱到强的气候跃变。暖池内部的暖水大致可以50m为界分为上、下两部分,其上半部分的纬向变异幅度非常大,而其下半部分的纬向变异幅度则相对较小。但两者具有很一致的年际、年代际变化趋势。暖池的年代际纬向变异对赤道中太平洋纬向风应力和纬向流有较好的响应,而且对赤道西太平洋上层热含量变化有较大影响。相关和合成分析表明,暖池的东扩、西缩对ENSO暖(El Nio)、冷(La Nia)事件的形成和发展具有直接的影响,而且暖池的异常东扩对El Nio有增强作用。

源区黑潮热输送低频变异及其与中国近海SST异常变化的关系

基于长时间序列的水温和盐度资料,通过动力计算方法估算了源区黑潮(18°N断面)热输送量,分析了源区黑潮热输送变异和中国近海SST异常的年际、年代际时空变化特征及两者之间的相互关系.结果显示,源区黑潮热输送异常呈现出显著的以2～7、10～20a和约30a为主周期的年际、年代际变化,且具有线性增强的长期变化趋势,并约于1976年前后发生了一次显著气候跃变.中国近海SST年际、年代际异常变化的最显著区域位于渤海、黄海、东海海域和台湾海峡.源区黑潮热输送变异在年际、年代际尺度上与中国近海SST异常变化密切相关,源区黑潮热输送变异可能是影响中国近海SST异常变化的重要因素之一.

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.

赤道太平洋纬向风和流异常与西太平洋暖池纬向运移

基于SODA再分析资料和TAO资料,利用EOF和统计分析等方法,分别研究了赤道太平洋海面纬向风应力异常和赤道太平洋上层纬向流异常的时空特征及其对西太平洋暖池纬向运移的影响。结果显示,赤道太平洋海面纬向风应力距平场第一模态具有2—5年的年际变化特征,其时空分布呈东、西向的反位相变化;而赤道太平洋上层纬向流距平场的第一模态则为1—2年的年和年际变化,且整个研究区域位相统一。纬向风应力和纬向流异常变化最显著的区域都在赤道中太平洋。相关分析显示,赤道中太平洋海面纬向风应力异常和赤道西太平洋上层纬向流异常分别对西太平洋暖池纬向运移有约2个月和4—6个月的超前影响,是暖池纬向运移的两个重要动力因素。回归分析表明,赤道中太平洋海面纬向风应力异常和赤道西太平洋上层纬向流异常对西太平洋暖池纬向运移有很好的预报意义。

南海海表温时空演变与南海夏季风爆发早晚相关性初探

利用我国近海1986-2008年间的海温再分析资料,分析了南海海温异常的时空变化,重点揭示了南海夏季风爆发前后(4-6月)南海表层海温异常的时空演变特征,并探讨了其与南海夏季风爆发早晚的相关关系。结果显示,南海夏季风爆发前后南海表层海温异常存在一个显著时空演变模态,4月南海全域海表温度异常几呈负位相态势,其中正值信号首先出现于巴拉望岛以西海域,随后逐步向西向北扩展,5月南海大部已被海表温异常正位相控制,6月南海表层海温异常完成负-正位相转换。分析表明,南海表层海温异常时空演变的年际差异与南海夏季风爆发的早晚存在显著相关。综合已有研究认为,南海海表温异常时空演变所形成的季节内尺度的热力差异(主要包含演进趋势、速度和幅度等)可能是影响南海夏季风爆发早晚的一个重要因子,据此建立了海表温温差异常指标,其对南海夏季风爆发早晚具有较好的反映能力。此外,南海海表温异常时空演变与南海暖池的变化紧密关联。相关分析还发现,南海夏季风爆发前期南海暖池与印度洋暖池的海表温差异常存在显著正相关关系,而与西太平洋暖池为负相关关系。南海海表温异常季节内演变在印-太暖池区海表热力格局及差异形成背景下或可通过影响大尺度经向和纬向环流而引发南海夏季风爆发早晚之年际异常。

西太平洋暖池和东太平洋暖池变异对ENSO的联合影响

基于热带太平洋SST和850 hPa风资料,分析了西太平洋暖池东界和东太平洋暖池南界的年际和年代际变异,并探讨了赤道太平洋纬向风异常对西太平洋暖池纬向运移的驱动作用以及热带东北太平洋经向风异常对东太平洋暖池经向变动的影响。在此基础上,研究了西太平洋暖池和东太平洋暖池变异对ENSO循环的联合影响,并提出了一个联合影响指数。结果表明,当联合指数为1.6时,有可能出现一次新的El Ni o事件。这为ENSO的形成和演变机制研究提供了一个新的线索。

西太平洋暖池水体振荡与赤道中东太平洋海表温度异常的关联性初探

赤道中东太平洋海表温度异常是研究ENSO(El Ni?o-South Oscillation)的重要指标。本文利用海洋再分析数据,着眼于西太平洋暖池暖水体三维结构的年际变异特征,分析西太平洋暖池水体变动与赤道中东太平洋海表温度异常的关联性,并从前期西太平洋暖池三维暖水体的结构演变及其在上层海洋质量与热量配置中的作用角度,探究了赤道中东太平洋关键Ni?o分区海表温度异常变化的内在一致性,以期为ENSO的预测预报提供新的思路和依据。分析表明,ENSO尺度上西太平洋暖池三维结构变异主模态表现为暖水体平均约以170oE为轴的纬向时空振荡,其可超前赤道中东太平洋海表温度异常变化约达6个月,并以在赤道中东太平洋及附近海域形成双舌状异常"暖池"为显著特征。前期暖池暖水体的纬向振荡是赤道中东太平洋海表温度异常变化的重要前兆信息之一。作为海洋中ENSO暴发的重要源区和驱动因子,西太平洋暖池纬向振荡通过在中东太平洋形成不同强度(泛指暖水量及其深度和范围等的大小)的异常"暖池",进而在上层海洋质量和热量的纬向配置中起关键性作用,并且可能与不同EI Ni?o事件的触发机制密切相关,从这种意义上讲,不同ENSO事件的发生和发展存在一定的同源一致性。

中国大陆东部相对湿度变化与海陆热力差异的关联性初探

相对湿度是制约雾与霾形成和转换以及影响能见度的最关键环境气象参数。而海陆热力差异是影响我国东部及沿海雾霾天气的重要气候背景。立足于中国大陆东部和沿海地区所处的地理环境,综合海陆热力差异这一要素,从低层大气环流变化及水汽输送等角度,对相对湿度多时空尺度的变化及其热动力成因和机制进行了尝试性分析。结果表明,50多年来,中国东部冬季海陆热力差异主要形成于我国长江以南地区和黑潮(包括源区黑潮和东海黑潮)以东海域。由此构建的海陆温差指标显示,该纬向海陆热力差异存在显著的准7年和准4年的年际变化以及准17年的年代际变化,同时还有明显的长期增强趋势,其主要与我国长江中游地区-黄淮流域-华北地区及以东沿海一线(负相关区)和华南地区(正相关区)的相对湿度变化密切关联。其中,冬季纬向海陆热力差异的减弱(增强),主要造成低空季风环流的西南风(东北风)异常,进而调控源自孟加拉湾东部和我国南海海域(东中国海及以东海域)的水汽向我国大陆东部的输送,并可通过制约水汽输送和降水等形式影响以上地区相对湿度的变化。纬向海陆热力差异的增强很可能引起华北等地区相对湿度的减小,而导致华南地区相对湿度的显著增加,反之亦然。此成果可为明确重点区域相对湿度变化与雾霾发生发展的关系和未来演变等研究工作的深入开展,以及为有关雾霾天气的预测预警报服务提供必要的科学依据和保障。

21世纪海上丝绸之路海洋环境的气候变化与风暴灾害风险探析

海洋环境安全是21世纪海上丝绸之路(丝路)建设的重要保障。文章简要分析了丝路海洋环境关键要素和风暴以上等级灾害性热带气旋系统(简称风暴灾害)的气候变化特征,探讨了海洋环境变化和灾害风险的可能影响,并提出了有关的研究建议。分析表明,气候变化背景下,丝路海区的海水显著变暖、热比容海平面升高明显,丝路沿海洪水、风暴潮等高水位事件发生频次可能会增加,进而对港口建设和航线通畅造成较大影响。1940-2016年间,西北太平洋风暴灾害主要集中登陆和影响厦门以南沿海地区,其中,南海风暴灾害的路径分布自20世纪80年代后有向孟加拉湾周边地区拓展的趋势;登陆厦门以北的风暴灾害的路径分布和影响范围20年左右的趋势变化明显,近期有向南(厦门)集中推进的趋势,基于此,未来20年风暴灾害登陆路径和影响范围以向北迁移推进为主,这可能会在一定程度上有利于我国海上丝路建设的顺利开展和实施。而气候变化下强的热带气旋发生频次和登陆密集度有可能增加,随之可能带来更大的影响和损失。此外,北印度洋风暴灾害的影响范围也会向西和南扩展,以至经常影响阿拉伯半岛和索马里半岛;地中海西部海岸,在北大西洋飓风活动频次和强度增强的情景下,未来有可能存在风暴潮的威胁。今后加强开展气候变化与海洋环境灾害风险方面的观测和基础应用研究,是提升21世纪海上丝绸之路海洋环境安全保障水平的主要任务之一。

21世纪海上丝绸之路海表温度异常与气候变率的相关性初探

区域性海洋系统及其环境要素(尤其是海表温度等)受到局地和其他不同时空尺度气候变率的交互影响,加之全球变暖背景下,区域气候和海洋变化、变率及灾害风险的不确定性会进一步加强,因而分析其间的净相关性是研究海洋环境要素变化机制机理和预测预报的重要前提。文章选取主要的海洋、大气变率和遥相关型,在一定程度滤除干扰信号后,分析探讨各气候变率对21世纪海上丝绸之路沿途海区(简称丝路海区)海表温度异常变化的相关性特征和差异。通过分析可为我国有关气候变化下区域海洋环境响应、预报减灾研究和决策以及海洋环境安全保障提供新的依据和科技支撑。

21世纪海上丝绸之路海洋上层热含量及热比容海平面异常变化

气候变暖背景下,全球平均海洋变暖和海平面上升显著,为人类社会的可持续发展带来巨大挑战。上层海洋热力状况是海平面变化的主导因子之一。本文围绕"21世纪海上丝绸之路"途经海区(文中简称为丝路海区)上层海洋热含量异常的区域性时空特征,分析探讨了丝路海区热比容海平面异常的时空变化、演变特征及可能影响,以期为"21世纪海上丝绸之路"海洋环境安全保障提供服务支撑。结果表明,自20世纪70年代中后期,丝路海区上层(0~700m)海洋已明显变暖,尤其20世纪90年代中后期增暖幅度显著加大。近60年来,在丝路海区热带海洋中,西太平洋的北赤道流区及以北海域、东海黑潮流域以及南海北部和南部海区、阿拉伯海西北部海域、马来西亚西北部海域及南印度洋部分海域具有长期增暖趋势。热带西太平洋暖池区整体增暖不明显,主要与印度洋中部海域呈反位相变化,且明显受到季节和年际变化的调制。长江口附近沿岸、南海北部沿岸、中南半岛南部沿岸以及阿拉伯海西北部沿岸的近岸海域长期增暖明显,自20世纪90年代中后期,中南半岛东部和西部沿海、澳大利亚西部沿海以及我国东南沿海热比容海平面上升明显。近岸热比容海平面的季节演变对沿海地区社会和经济发展会造成一定影响。此外,东亚夏季风与东海、黄海和渤海热比容海平面的上升显著相关,同时,ENSO、太平洋年代际振荡和印度洋偶极子的发生也均与我国东南沿海和印度洋西部沿海热比容海平面上升明显关联。特别是,气候变暖情形下,各种区域性致灾因子和气候变率的协同影响会对丝路海区海岸带和沿海地区的防灾减灾与社会经济发展带来较大挑战,开展海岸带和沿海地区全球变化综合风险研究成为当前首要任务。

西北太平洋水汽输送异常及其与中国夏季降水的耦合模态

基于长时间序列的大气资料,计算了西北太平洋地区的水汽输送通量,分析了水汽输送通量场的时空变化特征,并给出了西北太平洋水汽输送通量与中国夏季降水异常的耦合模态。结果显示:西北太平洋水汽输送通量场具有显著的经向型、辐散型和纬向型3个主要的空间型,这三种模态的年循环特征都很显著。夏季,西北太平洋水汽输送通量异常以辐散型为主,且具有显著的准两年周期振荡特征和明显的年代际变率;在西北太平洋水汽输送通量与中国夏季降水异常前三类主要的耦合模态中,水汽输送通量异常以纬向型和辐散型为主。分析表明,西北太平洋水汽输送通量变化是影响中国东部降水异常的重要因素之一,而西太平洋暖池区、黑潮流域和中国近海尤其是南海海域则是向中国输送水汽的关键区域。这可为西北太平洋海气相互作用过程及其对中国气候的影响研究提供了必要的科学依据。

源区黑潮热输送低频变异及其与我国夏季降水的关联性

基于日本气象厅长序列温、盐度资料,通过动力计算等方法估算了24°N断面源区黑潮热输送量,利用小波分析方法分析了热输送的低频变异特征,并探讨了前期(前秋、前冬和春季)和同期(夏季)热输送变异与我国夏季降水异常变化的关联性。结果显示,源区黑潮热输送存在着显著的准2 a和约16 a的低频变异特征,但其变化周期有着明显的时域性及季节差异;近50年来,源区黑潮热输送呈长期增强的线性趋势,且具有明显的季节差异。进一步分析表明,前期和同期热输送变异对我国夏季降水的指示性有所不同,而夏季源区黑潮热输送的异常增强可能通过引起南海北部及邻近海域的海温(升高)及水汽输送异常(西南异常气流),与长江中下游地区夏季降水的偏多相关联。

东亚及邻近地区海表潜热和水汽通量与中国大陆夏季降水量距平的遥相关性

基于NCEP/NCAR潜热通量和风场等资料及中国大陆台站的降水量观测数据,利用SVD方法计算了前期（冬季和春季）和同期（夏季）东亚及邻近地区海表潜热通量、上空水汽输送通量分别与中国大陆夏季降水量异常变化的耦合模态,文中分析了第一耦合模态（最佳遥相关型）的时空特征,并对其进行了探讨.结果显示：前期和同期潜热通量与夏季降水量距平最佳遥相关的关键海区存在着差异,前期冬季主要为黑潮流域和孟加拉湾（正相关）及北赤道流区（负相关）,而前期春季和同期主要为印-太暖池等海区,潜热通量异常基本呈正负值区相间的带状分布,并均显著与我国大陆东部夏季降水异常的南北反位相分布相对应,其中,夏季降水异常变化的显著区主要为我国华南地区以及与其降水异常呈反位相变化的华北地区和西南地区东部.前期和同期潜热通量和降水量异常最佳遥相关型具有显著的2 ～7a年际振荡特征和明显的长期变化趋势,并于上世纪70年代初经历了显著气候跃变.水汽输送通量与降水量距平最佳遥相关的关键海区主要为我国南海海域和孟加拉湾以及东海黑潮流域,尤其在前期春季和同期夏季,对应的我国大陆夏季降水异常的显著变化区域主要为长江中下游地区及与其降水异常呈反位相变化的我国华北地区和西南地区的东部.同样其前期和同期最佳遥相关型存在着显著2～8a年际振荡特征和明显长期变化趋势,除前期冬季外,各相关型于上世纪80年代初也经历了显著气候跃变.分析结果表明：东亚及邻近地区海表潜热和上空水汽输送异常时空配置的形成及其持续性和季节演变可能是中国大陆夏季降水量发生异常变化的重要前提.

南海表层水温场的时空特征与长期变化趋势

本文利用月平均表层水温（SST）、850hPa经向风和西太平洋副热带高压等资料分析了南海表层水温距平（SSTA）场的时空特征和长期变化趋势，并探讨了SST的年际和长期变化原因．结果表明，南海SSTA场分别存在着以全域同位相振荡和东南一西北向反位相振荡的两个主要模态．其中，前者是主要模态，以年际振荡为主，而后者则是次要模态，以季节振荡为主．进一步分析发现，南海中部的SST存在着显著的年际和年代际变化，并在1981年前后发生了一次由低到高的气候转变，而且南海中部SST的长期变化趋势非常明显，在1950—2006年间增温0．92℃．相关和合成分析表明，南海SST的年际和长期变化可能是由南海上空的经向风异常和西太平洋副热带高压的纬向变动引起的．

东海黑潮热输送变异与经向风异常

根据日本气象厅1956-2003年在PN断面获得的观测资料和NCEP 850 hPa风资料,分析了东海黑潮热输送的变异特征,并探讨了冬、夏季热输送与风异常的关系。结果表明,黑潮通过PN断面多年平均的热输送达16.52×1014W,热输送的年际和年代际变化都很明显,其主要变化周期为准2 a,5 a和22 a。黑潮热输送在1976年前后发生了一次由弱到强的气候跃变。黑潮热输送具有很强的长期的线性增加趋势,在1956-2003年增加了约6.51×1014W。相关与合成分析结果显示,南海南部和黑潮流域上空的经向风异常对东海黑潮热输送的年际变化有重要影响,即当偏南风异常增强时,黑潮热输送将加强,反之将减弱。

源地黑潮及其上下游流量的变化特征

本文基于长时间序列的海流和温盐资料(最新版SODA高分辩率再分析资料和137°E断面的观测资料),计算了黑潮流系四个主要断面的流量,并分析了它们的变化特征.结果表明,黑潮流系各主要断面流量具有显著的季节性差异,其年际、年代际变化明显.相关分析表明,源地黑潮及其上下游流量变化具有较强的独立性,变化不尽一致,其中,短期气候变化特征可能与热带太平洋的年际变化有明显关联,而年代际变化则可能与发生于北太平洋的年代际变化以及其它副热带中尺度涡旋等变化有一定联系.

东太平洋暖池

利用1950-2002年间的海面温度(SST)资料,研究了东太平洋暖池的形态和热状态特征,并探讨了暖池变异与恩索(ENSO)的关系。结果表明,暖池形态和热状态均有明显的季节特征和年际变化,其年际变化与ENSO循环相联系;暖池热含量、面积和南界与ENSO有着十分密切的相关关系。合成分析结果显示,在厄尔尼诺(El Nino)事件爆发的前一年,暖池热含量偏少,面积偏小,南界偏北,而在事件爆发后,暖池热含量增多,面积增大,南界南移;在拉尼娜(La Ni^na)事件期间,暖池热含量、面积和南界的演变趋势基本与El Nino事件期间的情况相反。东太平洋暖池的经向变异可能对ENSO暖(El Nino)、冷(La Nina)事件的发展有重要作用。