西太平洋暖池海洋热浪在2020~2022三年拉尼娜事件爆发背景下的演变特征、爆发机制及其影响研究

在全球变暖的影响下,持续增长的海洋热浪事件(marine heat waves,MHW)对气候系统和社会经济产生了严重影响,其中西太平洋暖池区域是MHW特征显著变化的典型区域。本文基于已建立的MHW高分辨率数据、美国国家环境预报中心(NCEP)提供的大气海洋再分析资料、美国宇航局(NASA)Aqua卫星和生物地球化学Argo浮标提供的叶绿素-a浓度资料,利用统计分析和奇异值分解(SVD)等方法,探讨了2020~2022年西太平洋暖池MHW的演变特征、爆发机制及其生态影响。结果表明,西太平洋暖池MHW的爆发频率和强度等在近30年显著增加,其特征属性的变化与连续La Ni?a事件的爆发密切相关。尤其在2020~2022年连续三年La Ni?a事件背景下,西太平洋暖池区MHW爆发频次达到全球最高,且其覆盖面积、爆发频次、总天数、累积强度均是1982年以来最显著的。通过对西太平洋暖池区域混合层热收支的分析,2020~2022年期间MHW爆发主要是净海表热通量中的向下短波辐射项和海洋动力过程中的纬向平流项共同主导。此外,研究也揭示了在西太平洋暖池区域,MHW与海洋生态指标叶绿素-a浓度时空尺度上呈现负相关协同变化的特征,尤其是2020~2022年的MHW事件使该区域海洋上层浮游生物量整体呈显著下降趋势。

中西太平洋暖池时空变动及其对鲣分布的影响

中西太平洋热带海域是世界上最大的鲣(Katsuwonus pelamis)渔场。为合理开发和利用中西太平洋围网鲣自由鱼群的渔业资源,根据1995—2019年中西太平洋渔业委员会的围网鲣数据计算资源丰度指数,得出渔场重心,并结合海表温度(Sea surface temperature,SST)、海洋尼诺指数(Oceanic Niño Index,ONI)进行皮尔森相关性分析。结果显示,单位捕捞努力量渔获量(Catch per unit effort,CPUE)可用于表征自由鱼群渔场重心的资源丰度,且与暖池重心经度以及右边缘经度有显著相关性;渔场重心与暖池指标(暖池重心经度与右边缘经度)的相对位置以及变动趋势在不同气候模式下存在差异,而在同一气候模式中相同。结果表明,渔场重心可通过暖池重心的变化进行预测,而通过构建暖池场与自由鱼群资源丰度的时空分布关系发现,暖池右边缘能够与自由鱼群的空间分布产生联系,为商业性捕捞围网鲣自由鱼群提供渔场边界的指示,为其资源开发与养护提供科学依据。

南方涛动指数与热带大洋暖池的相关分析

利用1982—2016年南方涛动指数和热带印度洋-太平洋海表面温度(Sea Surface Temperature,SST)的资料,分析了南方涛动指数和热带大洋暖池的年际变化特征,探讨了南方涛动指数与暖池面积和强度的相关关系,为南方涛动和热带大洋暖池的研究提供参考。结果显示:热带大洋暖池的面积和强度均呈上升趋势,趋势率分别为13.717网格数/年和0.007℃/年,并分别有26~28年、20~22年和28年、20年的周期变化;南方涛动也有上升趋势,趋势率为0.018/年,且有16—18年和7—8年的周期性变化;南方涛动指数与暖池面积当月同期负相关显著,南方涛动指数在4、5和7~11月对其后2~10个月的热带大洋暖池面积均有良好滞后负相关。

西太平洋暖池区沉积物源示踪研究进展

从沉积物中提取示踪指标是研究西太平洋暖池区古环境和古气候演化的有效途径之一,而准确识别沉积物的源区是其中的关键。目前已通过不同的物源示踪指标,如黏土矿物、石英单矿物、常量元素、稀土元素以及碎屑组分的放射性成因Sr-Nd同位素等,对西太平洋暖池北部和西部第四纪以来的沉积物来源进行了研究,结果表明暖池区沉积物主要来源于亚洲大陆和火山岛弧,部分来源于澳大利亚和/或新几内亚。本文系统归纳和总结了上述示踪指标在西太平洋暖池区的物源研究进展和成果,以及研究中存在的问题,并对西太平洋暖池沉积物源研究提出了几点建议。

南海民都洛岛西南暖池的季节变化研究

南海暖池作为影响我国东南部地区气候变化的重要因素,研究其多时间尺度变化特征及动力机制对于更加准确预报我国天气变化具有重要意义。结合海表面温度卫星观测资料和海表面再分析数据,识别和研究了南海民都洛岛西南暖池的季节变化特征,并利用数值模式探讨了其强迫机制。暖池位于民都洛岛西南方向约100 km范围内,中心位置在120.5°E,12.5°N。暖池整个季节变化过程可分为发展期(10~11月)、成熟期(12~2月)、衰退期(3~5月)、消失期(6~9月)4个阶段:11月份暖池与南北两侧冷水温差达到0.5℃,暖池结构初步形成;2月份温差达到1.1℃(南侧)和0.7℃(北侧),暖池最强;3月份暖池开始衰退,到6月份完全消失。进一步研究表明,该暖池的形成与地形引起的民都洛岛附近海域潜热通量的空间差异有关:冬季盛行的东北季风被民都洛岛上的高海拔山脉阻挡,在民都洛岛西南背风侧形成低风速区,而在南北两侧形成风激流(风速极大值区)。风速的空间差异引起了海表面潜热通量的差异,导致民都洛岛背风侧的潜热通量较周围海域要小,海表面温度较周围海域要高,从而导致了暖池的形成。

70万年以来西太平洋暖池区硅质生产力记录及其气候效应

西太平洋暖池(WPWP)的硅质生产力水平在调节第四纪全球大气CO_(2)分压的变化上发挥着重要作用,但其控制因素尚存争议。本研究对位于WPWP核心区的MD06-3047岩芯进行了生源蛋白石分析,探讨了700 ka以来WPWP的硅质生产力的控制因素及气候效应。研究发现,700 ka以来WPWP硅质生产力变化呈现显著的冰期-间冰期旋回,基本在冰期较高,间冰期较低。其主要控制因素可能是东吕宋陆架沉积物风化输入、亚洲风尘输入和温跃层深度(DOT)变化。南大洋中层水的“硅溢漏”可能无法对此海区产生显著影响。冰期时的低海平面,导致热带火山弧附近裸露的陆架沉积物的物理剥蚀和硅酸盐风化,淡水输入为WPWP提供了更多的硅酸;冰期时增强的风尘供应为WPWP提供了更多的Fe;冰期时较浅的DOT使表层海水的营养物质垂向空间变小,滞留时间增多。这些因素使冰期的WPWP生产力增高,有可能降低了大气CO_(2)分压。

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。

热带西太平洋暖池对中国降水和沿海自然灾害的影响

用暖池指数研究了热带西太平洋暖池对中国降水和沿海自然灾害的影响。结果表明，暖池面积指数对中国降水有一定的预报意义，北界指数对中国长江中下游地区及其他一些地区的降水具有很好的预报性，面积指数与中国沿海台风次数的年际变化呈负相关关系，与１９５０ 年以后海冰灾害有明显的相关关系，与灾害性海浪的发生频数关系不大。

西太平洋暖池6月对流增强的成因及其预测意义

基于1979~2018年观测向外长波辐射资料和其他多种再分析资料,研究了西太平洋暖池6月对流增强的原因。合成分析结果表明,由于La Niña影响造成春季暖池海温偏高,为6月暖池对流增强提供了热力基础,而大气内部扰动特别是热带西风增强能从动力上影响到6月对流的发展。此外,6月对流增强通过局地海气相互作用持续影响到7~8月的对流变化,导致暖池对流形成显著的季节内振荡,因此6月对流增强对其后月份对流异常变化有重要的预测意义。1984年6月的个例分析表明,热带西风增强能导致暖池对流发展,二者存在明确的超前滞后关系。与此相反,虽然1989年是一个强La Niña年,春季暖池海温也偏高,但由于6月热带西风偏弱,暖池对流难以发展,夏季对流的季节内振荡也不显著。因此,6月暖池对流增强受到前期海温偏高和大气扰动的共同作用。另一方面,暖池对流偏强与偏弱并非一种完全反对称关系,暖池对流偏弱还受到其他因子的影响。

北太平洋维多利亚模态对西太平洋暖池面积和东边界的影响研究

利用HadISST再分析资料和IAP次表层海温资料,分析了维多利亚模态(VM)对西太平洋暖池面积(WPA)范围的扩展和东边界(WPEB)纬向运移的影响。结果表明:春季VM的强度对当年夏季至次年夏季的WPA有很强的影响,同时也对WPEB东西方向的移动位置起着十分重要的作用。当春季VM为正位相时,会在随后的夏季引起赤道太平洋中部海表温度SST异常变暖,同时西赤道太平洋会产生异常西风,从而加强了赤道东传Kelvin波,使赤道海洋表层暖水向东传播,WPEB向东移,WPA范围扩大。相反,当春季VM为负位相时,WPA的范围的扩展会被抑制而缩小,同时也会影响WPEB向西运移;其次,VM也可以通过影响赤道西太平洋次表层海温来进一步影响WPA的扩展和WPEB的纬向运移。另外,结论还表明VM与WPEB的相关关系超前VM与WPA关系一个季度左右,且前者相关系数更高。同时春季VM指数可以超前1 a左右对WPA的变化趋势和WPEB的位置进行有效的预测。

TOGA COARE IOP期间西太平洋暖池海域的热状况

利用 TOGA COARE IOP期间“向阳红五号”调查船在 2°S、 1 55°E附近进行的 3个航段的多项目综合性科学考察资料 ,对西太平洋暖池海域的热状况进行了分析。结果表明 ,在 TO-GA COARE IOP期间 ,西太平洋暖池海域的热状况具有 El Nino事件发生前的特征。对航段平均来说 ,暖池深度、海洋上层混合层深度和海面至 2 60 m水层的平均温度 ,均是逐航段递次减小的。这种 El Nino事件发生前的热状况特征是该海域海表盛行风向转为西风 ,东向流加强 ,暖水流失的结果。此外 ,在航段内各热状况要素也存在由局地海气耦合性变化造成的数天至十多天尺度的变化。

赤道西太平洋暖池次表层水温变化对热带气旋的影响

分析了西太平洋暖池和南海次表层水温变化对TC的影响,研究结果表明:当赤道西太平洋暖池次表层水温夏半年持续出现正(负)距平时,西北太平洋生成的TC个数比常年偏多(少)是主要现象,这种现象极值年份尤其明显,对南海TC(指南海生成的TC,下同)的个数影响不明显,西北太平洋和南海生成TC的时间比常年提早(推迟)。当南海北部次表层水温夏季和秋季持续出现正(负)距平时,南海TC比常年偏多(少)。TC对南海和东海的影响趋势是一致的,但所受影响的程度东海比南海更为强烈。原因是东海台风波浪比南海高、海面气温比南海低、相对湿度比南海小,故导致SST急速下降。

西太平洋暖池表层暖水的纬向运移

基于1950～2000年太平洋月平均SST资料,运用Morlet小波分析等方法研究了西太平洋暖池表层暖水的纬向运移特征.结果表明:暖池表层暖水纬向运移的年际(2～8a)和年代际(10～16a)变化都非常明显;表层暖水的纬向运移于1982年前后经历了一次气候跃变,跃变后暖水东界的平均位置比跃变前东移了10个经度;表层暖水的纬向运移对ENSO暖(ElNi o)、冷(LaNi a)事件的形成和发展具有直接的作用.

印尼海道的两度关闭与西太平洋暖池的形成和兴衰

世界海洋表层水温最高的西太平洋暖池,是全球驱动大气环流的最大热源之一,也是全球热盐环流传输带的热源。新生代晚期印尼海道的关闭是暖池得以形成的基本条件。在印尼海道区划出了对印度尼西亚穿越流起阻挡作用的5道屏障,分析了5道屏障的形成过程和年代,据此提出了印尼海道两度关闭的模式。板块运动导致印尼海道关闭,有利于暖池发展,同时也存在不利的负面影响,本区构造运动对暖池的演变具有特有的双向复合控制作用;由此出发勾勒了近1000多万年来西太平洋暖池的形成和兴衰史:11～9MaBP为原始暖池形成期,9～6MaBP为暖池演化的第一衰退期,6MaBP以来为现代暖池的孕育和发展期,其间在1～0 2MaBP穿插着暖池演化的第二衰退期。上述暖池兴衰史的演化模式,得到了暖池区ODP1143站浮游有孔虫组合所反映的古海水温跃层深度的验证。

西太平洋暖池对西北太平洋季风槽和台风活动影响过程及其机理的最近研究进展

本文回顾和综述了近年来关于西太平洋暖池对西北太平洋热带气旋和台风(TCs)活动影响过程及其机理的研究进展。文中首先简单回顾了近年来关于西太平洋暖池热状态和菲律宾周围对流活动变化特征及其对与TCs活动有关的南海夏季风爆发和西太平洋副热带高压的季节内、年际变异的影响过程和机理的研究;然后,本文系统地回顾了近年来关于西太平洋暖池热状态通过西北太平洋季风槽影响TCs活动年际和年代际变化的影响过程及其机理的研究。此外,文中还指出了关于西太平洋暖池对西北太平洋上空季风槽和TCs活动变异的热力和动力作用需进一步深入研究的科学问题。

华北地区汛期降水与热带西太平洋暖池和黑潮的关系

根据华北地区１８ 个代表站１９５１ ～１９９６ 年月降水资料，利用对应分析法对该地区进行了降水气候区的划分，并讨论了华北汛期降水与热带西太平洋暖池热含量和黑潮热输送的关系。结果表明：华北地区可划分为两个降水气候区；华北Ⅰ区汛期降水与热带西太平洋暖池西部热含量有密切的联系，特别是与前一年１０ 月热带西太平洋暖池西部热含量存在着明显的负相关关系；华北Ⅱ区汛期降水与同年冬季黑潮热输送有较密切的负相关关系。初步分析表明，华北地区汛期降水与热带西太平洋暖池和黑潮的关系可能是通过西太平洋副热带高压的变动联系起来的。

基于AVHRR/SST的西太平洋暖池近期变化研究

考虑到热结构和纬度分布 ,提出了更加合理的暖池中心和面积计算方法。利用 AVHRR/SST月平均数据 ,分析了西太平洋暖池近期 (1 993～ 2 0 0 1年 )的变化特征 :暖池中心移动在经向上是单一的年周期 ,而纬向上存在 3.3(最显著 ) ,1和 0 .5年 3个周期分量 ;暖池面积和表面强度都有 3个主要的周期分量 ,分别是 3.3,1 ,0 .5年和 1 .5,1 ,0 .67年 ,且都以 1年周期为最显著 ;2者的主频在正常年份大致呈同相关系 ,而在厄尔尼诺 /拉尼娜期间存在位相差 ,甚至反相。厄尔尼诺 /拉尼娜现象在1 993～ 2 0 0 1年之间的平均周期为 3.3年。

西太平洋暖池基本特征及其对气候的影响

本文在大洋暖池区物理气候图集编制以及大洋暖池指数建立的基础上，重点分析研究了西太平洋暖池区的基本特征；大洋暖池指数的建立及暖池气候特征；西太平洋暖池与西太平洋副热带高压的关系；西太平洋暖池与厄尔尼诺的关系。

热带西太平洋暖池的热状态及其上空的对流活动对东亚夏季气候异常的影响

本文利用1978－1989年热带西太平洋暖池的表层与次表层海温、高云量与降水等观测资料分析了热带西太平洋暖池的热状态及其上空的对流活动对东亚夏季气候异常的影响。分析结果表明：热带西太平洋暖他的热状态及其上空的对流活动对东亚夏季气候异常起着十分重要的作用。当热带西太平洋暖池增暖时，从菲律宾周围经南海到中印半岛上空的对流活动将增强，西太平洋副热带高压的位置偏北，我国江淮流域夏季降水偏少；反之，则菲律宾周围的对流活动减弱，副热带高压偏南，江淮流域的降水偏多，黄河流域的降水偏少，易发生干旱。观测事实还表明，当热带西太平洋暖池上空的对流增强后，从东南亚、经东亚到北美西海岸上空大气环流的异常呈现出一个遥相关型-东亚太平洋型。

西太平洋暖池区第四纪钙质超微化石氧碳同位素特征及意义

对西太平洋暖池区MD97-2140柱状样1.75Ma以来的钙质超微化石进行了氧碳同位素分析.结果表明超微化石δ18O值与浮游有孔虫Globigerinoidesruberδ18O值在变化趋势和周期上都具有明显相似性.根据超微化石δ18O值也可以划分出59个氧同位素期,1748ka到900ka期间超微化石δ18O值的变化周期以41ka为主,而850ka到6ka期间则以100ka为主.这说明超微化石氧同位素分析可以像有孔虫氧同位素分析一样在大洋地层学和古海洋学、古气候学研究中发挥重要作用.超微化石δ13C值变化则呈现阶段性变化的特点,以900ka,480ka和250ka时间面为界,可分四大阶段.同时,MD97-2140柱状样超微化石δ13C值的这种变化规律与邻近ODP807站揭示的海水初级生产力变化趋势极为相似,意味着超微化石δ13C值是反映海水初级生产力变化的一项重要指标.