不同时间尺度的西北太平洋海洋表面温度距平模态的比较

本文利用经验正交分解法(Empirical Orthogonal Function,EOF)对不同月平均和10天平均的西北太平洋海洋表面温度距平数据进行分解,得到月平均和10天平均的西北太平洋海洋表面温度距平分布模态,并对分布模态进行比较。发现尽管数据源相同,但是不同时间分辨率的EOF结果出现正好相反的情况,文章最后从数学的角度解释了月平均和10天平均的海洋表面温度距平模态及其时间系数发生反向的原因。

黄土高原区降雨与海洋表面温度的相关分析研究

研究了黄土高原区降雨时间序列和海洋表面温度的关系。采用谱分析法研究了降雨时间序列的频率特性,根据赤池信息系数确定了最优频率组合,并利用Fourer级数进行了降雨时间序列重构。降雨与海洋表面温度的相关分析表明,太平洋地区(东经150°,北纬15°)的海洋表面温度能够较好的预测黄土高原区3个月后的降雨。

MODIS数据的海洋表面温度反演

以黄海及东海海域为对象,研究用MODIS数据提取我国海域海洋表面温度的方法,建立了适合于我国海域的MODIS海洋表面温度遥感实用模式。研究表明,此算法的反演精度比较高,用这种模式计算的海面温度可较真实地反映海洋表面温度分布状况。由于同一天可以获取同一地区的上午和下午两景MODIS数据,因此MODIS数据在探测海洋现象方面具有独特的优势。

基于海洋表面温度的龙羊峡入库径流中长期预报

将基于海洋表面温度的多极耦合中长期预报方法引入黄河上游地区,构建了基于海温的黄河上游龙羊峡水库入库径流中长期预报模型,找到了与该地区径流相关度较高的影响因子。实例应用结果表明,所建模型显著降低了预报误差(2018年4—6月预报误差由-21%降至-2.5%),验证了所建模型的合理性、新技术引入的有效性和预报效果的稳定性。

自动多波段红外海洋表面温度辐射系统研究

针对我国海洋遥感定标检验技术的研究,设计了一种能够自动测量海水表面温度的多波段红外辐射系统,其分辨率优于0.1℃,精度优于±0.5℃。系统采用了4个波段,即3.5～4.0μm,8～13μm,10.3～11.3μm和11.5～12.3μm。内部光学系统通过两个不同温度的参考黑体进行实时校正,保证光学系统被盐雾沉积后也不影响整个系统的精度。另外,为了防止恶劣天气对系统的影响,还设计了一个由雨量传感器触发的自动保护罩。通过实验室标定和岸边实验对系统精度和稳定性进行了实验验证。

上新世中期海洋表面温度变化及其与古气候重建数据对比

上新世中期,过去约3.29～2.97Ma之间,是地质历史上距今最近的一个持续性暖期.它与模式预测的21世纪末地球系统最有可能达到的气候态具有一定的可比性.因此,研究该时期气候变化对于理解全球变暖背景下的气候变化趋势具有重要的参考作用.采用最新的PRISM3重建数据集,利用FOAM耦合模式开展了上新世中期的全球气候模拟,并对上新世中期次极地北大西洋剧烈增暖和"永久的ElNio"两个热点问题进行了讨论.模拟结果表明:与工业革命前相比,上新世中期年平均海洋表面温度(SST)升高了2.3℃,中高纬度海洋的增温幅度大于低纬度海洋,赤道太平洋SST东西梯度减小以及大西洋经向翻转环流减弱.在SST变化的空间格局上,模拟结果与重建结果基本一致.FOAM也能较好地模拟出北大西洋、北太平洋以及南美西海岸的显著增暖,但模拟的次极地北大西洋和赤道太平洋SST的变化与重建数据仍有差别.上述重建与模拟的差异是由古气候数据重建的不确定性、上新世中期模拟的困难以及模式本身的不完善共同造成的.

飓风的强度与海洋表面温度有关

在25年内，特别是最近几年内飓风变得愈来愈强烈．在2005年内发生了多起飓风，尤其是Katrina飓风造成了1300多生命的死亡和一千亿美元财产的损失．科学家们对这类自然灾害开展了研究，他们认为造成这种灾害的罪魁祸首是海洋表面温度的升高，只要海洋表面温度达到26℃以上就足可以促成强飓风的出现，但也有一些科学家认为，除海洋表面温度以外，应该还有一些其他的因素也会影响飓风的形成，例如风的剪切和空气的湿度等。

融合IVMD的海表温度时空智能预测方法

精准的海洋表面温度(sea surface temperature, SST)预测在海洋和气象领域具有重要意义,如海洋渔业捕捞和海洋天气预报等。提出一种融合改进变分模态分解(improved variational mode decomposition, IVMD)的时空混合模型来预测SST,采用中心频率观察法、残差指数最小化和皮尔逊相关系数改进变分模态分解(variational mode decomposition, VMD),去除SST序列冗余,利用图卷积神经网络(graph convolutional network, GCN)提取SST交互特征并结合长短时记忆网络(long short-term memory, LSTM)捕捉时间动态,提高预测精度。选取中国东海海域进行实证分析,实验结果表明:与现有模型对比,本文模型在均方根误差、平均绝对误差和平均绝对百分比误差3个指标上均有显著提升,验证了本文模型的有效性和稳定性。

过去350万年热带海洋温度

测定热带海洋表面温度的时幅变化对于解决上新世一更新世冰期谜团具有重要的意义。来自大部分大洋底的基于烯酮的热带海洋表面温度记录显示在过去的350万年冰河-间冰河有1～3℃度变化．并与全球冰体积和深海温度变化呈线性排列。

利用MODIS多通道数据反演近海海表温度

以EOS卫星的中分辨率成像光谱仪MODIS遥感资料为数据源,以福建近岸海域为示范区,利用多通道数据算法模型进行近海海表温度卫星遥感反演试验,并根据2003—2004年福建近岸海域10个观测站点的实测海洋表面温度对反演结果进行精度检验与分析。遥感反演的海洋表面温度与现场观测的海洋表面温度绝对误差的平均值为0.75℃,标准差为0.52℃,绝对误差在1.0℃以内的样本占总样本的68%。结果表明利用MODIS多通道数据算法模型遥感反演近海海表温度能够满足海洋应用的精度要求。

西沙海区全新世海面温度变化幅度推算

根据南海西沙海洋站表层海温（ＳＳＴ）资料及附近ＳＣＳ９０－３６井（柱状样）前人测量的δ１８Ｏ、长链烯酮不饱和指标（Ｕ３７ｋ）等资料，用４种方法重新推算全新世古 ＳＳＴ，得出西沙海区全新世 ２００ ａ尺度 ＳＳＴ变化幅度为 ２．５～３．０℃。

基于MODIS数据的多时相海表温度反演——以海南岛西南部近海海域为例

利用中分辨率成像光谱仪MODIS(moderate-resolution imaging spectroradiometer)遥感资料作为数据源,以海南岛西南部近海海域作为研究区,利用改进的分列窗算法对研究区海域2005—2014年多时相海表温度进行反演。利用海南岛西南部近海海域观测的12个观测点的实测海洋表面温度对反演温度结果进行精度验证,相关系数达到了0.9。选择一年内4个季度和10年内海表温度反演的结果,分别分析海表温度随季节与年度的时空变化分布。结果表明,利用MODIS多通道改进的分裂窗算法可以较精确地反演海南岛西南部近海海表温度,分析海表温度的时空变化可为海洋渔业、海洋环境变化及气象监测提供参考。

海洋四波段红外辐射计光学系统

针对我国海洋遥感定标检验技术的研究,设计了一种能够自动测量海水表面温度的四波段红外辐射系统,给出了系统的测温原理,并对系统的光学部分进行了设计。系统通过分光镜将入射红外光束分为长波红外光路和中波红外光路,其中长波红外光路通过长波红外滤光片获取三个波段,即8～13μm,10.3～11.3μm和11.5～12.5μm,中波红外光路通过中波红外滤光片获取一个波段,即3.5～4.0μm。给出了各波段对应干涉滤光片的透过率曲线,通过曲线可以看出,长波和中波红外干涉滤光片达到了窄带滤光的预期效果,并对两个光路中载有干涉滤光片用于调制目标红外辐射的长波和中波红外调制盘进行了设计,系统最终的测温精确度可达0.5 K。

海洋平流的季节变化对La Nia事件成熟位相锁定的作用

用一个中等复杂程度的热带海气耦合模式模拟LaNi na事件成熟位相锁定在年底左右的特征并研究其形成的机制。结果表明 ,模式能很好地模拟观测到的LaNi na事件成熟位相锁定在年底左右的特征。LaNi na事件成熟位相锁定在年底主要由海洋气候基本态引起。海洋垂直平均流是LaNi na事件成熟位相锁定在年底左右的最主要因子。由海洋气候基本态的季节变化所引起的冷平流的季节变化是LaNi na事件成熟位相锁定在年底的机制。在LaNi na事件期间 ,1～ 5月份 ,赤道中东太平洋地区的冷平流较弱 ,它不能平衡海气热量交换过程的影响 ,因而海洋表面温度增加。这一过程使海气耦合不稳定度减弱 ,从而使LaNi na事件衰减。 6～ 12月份 ,赤道中东太平洋地区的冷平流较强。海气热量交换过程的影响不能平衡较强冷平流的影响 ,因而海洋表面温度减小。这一过程使海气耦合不稳定度加强 ,从而使LaNi na事件发展。这样 ,LaNi na事件成熟位相容易出现在年底左右。

地震活动对大气与海洋环境变化的影响分析——以美国加州与日本3·11地震为例

通过美国加州林火期间的地震、CO气体监测等数据的统计分析,认为地震对气候干燥、林火的发生以及CO气体浓度变化存在重要影响;对比分析日本3·11地震前后的海洋表面温度变化,认为海底地震的热能释放是导致海水温度升高及海洋热膨胀的重要因素,并进而通过海气交换对大气圈等产生影响;综上分析认为,地震活动伴随有大量的热能及气体释放,并对地球系统的多个方面产生影响,在全球变化中具有重要作用。

南海北部31 ka以来GDGTs组成及其对古温度和季风变化的响应

南海因受到高纬度气候、低纬度大洋以及东亚季风等多种因素的影响而成为研究古温度和季风变化的理想区域。本文通过研究QH-CL11柱状沉积物的GDGTs组成、含量变化特征及其延伸的86个碳原子的四醚指标(TEX86H),分析南海北部GDGTs来源,并定量计算QH-CL11柱状沉积物记录的海洋表面温度(SST),从而探讨31 ka以来南海北部古温度变化的驱动机制。通过甲烷指数和支链/异戊二烯类指标等,确定isoGDGTs主要来自于奇古菌,适用于古温度重建。TEX86H温度显示出明显的冰期一间冰期旋回,与南海北部有孔虫和UK’37 SSTs具有很好的相似性。出现在TEX86H SST中的海因里希冷事件(H1-3)和Bφlling-Allerod暖期之前的温度大幅度上升事件(14.6 ka)反映了高纬度气候对南海的影响。南海SSTs和北太平洋MD01-2421 UK’37SST的差异(△SST5)可以用来反映东亚冬季风强度的变化。△SSTs显示东亚冬季风强度在Bφlling-Allerφd暖期前增加,在新仙女木时期达到最大值,在全新世早期再次下降,然后在全新世中晚期缓慢增加,这与前人对东亚冬季风强度的认识具有很好的一致性。该方法对重建长周期东亚冬季风强度具有重要的指导意义。

冲绳海槽中部8.2ka以来GDGTs组成及温度重建

异戊二烯类甘油二烷基甘油四醚脂类化合物(isoprenoid Glycerol dialkyl glycerol tetraethers,isoGDGTs)在海洋奇古菌(Thaumarchaeota)中广泛存在,其结构对温度变化的敏感性使其成为广受欢迎的古气候与古温度重建材料。在北冰洋和西太平洋气候以及黑潮等多种因素的影响下,冲绳海槽中部成为研究全新世以来古海洋和古气候变化的天然实验室。本文通过研究C14柱状沉积物的GDGTs组成、含量变化特征及其延伸的86个碳原子的四醚指标(tetraether index of tetraethers consisting of 86 carbons,TEX86H),分析冲绳海槽中部的GDGTs来源,并定量计算C14柱状沉积物记录的海洋表面温度(seasurfacetemperature,SST),从而探讨8.2ka以来冲绳海槽中部古温度变化的驱动机制。通过甲烷指数和支链/异戊二烯类指标等,我们确认isoGDGTs主要来自于氨氧化古菌,适用于古温度重建。距今8.2ka以来,TEX86H SST的变化范围是21.6~27.2℃。冲绳海槽中部SST主要受到西热带太平洋、低纬度冬季日晒量的影响;TEX86H指标记录的温度上升趋势与东亚夏季风强度的减弱不一致。7.4—6.6ka冷事件广泛存在于冲绳海槽的SST记录中,但只在TEX86H数据中显示较大幅度的降低(~5℃),我们推测可能受到Kikai-Akahoya火山灰(~7.3ka)的影响。

AQUA卫星的MODIS和AMSR-E反演的印度洋北部海域海表温度特征对比分析

以印度洋北部海域为研究区域,分别从地理位置、温度曲线和反演精度3个方面对AQUA卫星上的MODIS和AMSR-E反演的海表温度特征进行了对比分析。其主要特征表现为MODIS SST与AMSR-E SST之间的差异随纬度变化较为明显;在近岸区域,AMSR-E SST无法获得准确的海表面温度;MODIS SST与AMSR-E SST之间的差异随温度而不同;在本次研究中,AMSR-E SST反演精度总体优于MODIS SST。本次研究结果对利用热红外遥感和被动微波遥感进行海洋表面温度的定量反演具有重要的参考价值。

基于动态模态分解的长江口海表温度时空分布特征重构研究

河口近海海域的海表温度分布特征对于深入理解海洋热力、动力过程及海气相互作用等自然过程及综合效应具有重要意义。卫星数据重构是精确获取动态大面积海表温度数据的重要手段,采用非线性系统的动态模态分解(dynamic mode decomposition,DMD)数据分析方法,利用2003年1月至2016年7月的MODIS\SST数据,经剔除异常数据、填补空白数据后,重构了2016年8月至2019年12月长江口海洋表面温度数据,并评估了重构效果。研究结果表明,在时序数据充足的情况下,DMD算法能很好地解决动态系统的采样问题。DMD结合正交三角(orthogonal right triangular,QR)分解算法能有效重构长江口的海表温度数据,平均均方根误差(root mean square error,RMSE)为0.0076。进一步分析发现,无论是DMD算法还是DMD结合QR分解算法,还原结果精度都较高。

南海北部区域海洋水体皮温-体温模型研究

针对我国海洋遥感定标检验技术,提出海洋水体皮温-体温模型,将海洋皮温测量精度提高至0.3℃.模型皮温数据来源于自主研制架设在南海北部PY-301石油平台上的无人值守自动多波段红外辐射系统,通过标准黑体标定、光阑校正、天空光校正,使海水皮温测量精度优于±0.5℃.基于模型分析了风速对海洋皮温和体温差值的影响,并用所提模型与Donlon模型对海洋皮温测量值进行风速修正,修正后两者偏差分别为-0.007 6±0.297 1℃和0.044 6±0.324 8℃.结果证明该模型有效且能够提高海洋皮温的测量精度.