南海东北部海域海面高度的时空变化特征

对1993年1月至2001年12月TOPEX/POSEIDON卫星高度计海面高度距平的分析表明, 在吕宋海峡两侧各有一个海面高度波动高能区, 其中心分别在(19.5°N, 119.5°E)和(22.0°N, 124.0°E), 其间有一低能带将二者隔离. “远区”EOF分析亦显示二者的波动规律相对独立. 对“近区”的EOF分析揭示南海东北部海域海面高度波动以季节变化为主, 伴有明显的季节内变化和年际变化. 其中EOF 1和EOF 2占总波动能量的66.7%, 均主要表现为季节变化, 但相位相差约3个月. EOF 1的主要形态是以吕宋岛西北(18.0°N, 119.0°E)为中心的海面高度振荡, 其峰值出现于8~9月间, 谷值则出现于1~2月间, 主要反映了南海深水海盆比容高度的季节变化和相应的环流调整. EOF 2的形态则表现为东南至西北向的季节性交替起伏, 主要反映了南海北部近海季风导致的海面高度Ekmen调整. 分析还表明, 季节内变化是南海东北海域海面高度波动的重要分量, 它主要反映了吕宋海峡西侧海域中尺度过程的频繁活动. 此外, 所有主要EOF模态都呈现年际变化.     

夏季北半球平流层环流的模态特征及变化

通过资料分析研究了夏季平流层大气环流的基本时空特征, 并探讨了不同时间尺度变化的主要影响因素. 发现夏季北半球平流层位势高度场主要存在着半球一致型模(EOF1)和环状模(EOF2)两个典型模态. 而第一主模态(半球一致模)在近半个世纪里存在减弱趋势; 全球增暖可能对这种演变趋势有重要的作用. 进一步分析表明, 北半球平流层夏季的第一模态还主要存在年代际准周期变化特征, 其周期分别约为11和22 a, 而第二模态(EOF2)主要存在3和40 a左右的准周期变化特征. 50 hPa第一模态时间系数与太阳活动指数的相关系数达到0.425(通过99%信度检验), 可以认为北半球平流层夏季50 hPa半球一致模(EOF1)的年代际变化主要是由太阳活动所引起的. 关于50 hPa第二模态年际(准3 a)变化的分析表明其与ENSO事件没有直接关系; 但是夏季50 hPa第二模态时间系数与欧亚大陆10月雪盖面积指数间的相关系数达到0.633(通过99%信度检验), 说明北半球平流层夏季50 hPa环状模(EOF2)的年际变化主要可能是由于欧亚大陆前一年10月份的雪盖变化所引起的大气环流异常的持续影响造成的.     

印度尼西亚贯穿流与南海贯穿流的相互调制

基于风应力估算和海洋同化数据的分析都表明，印度尼西亚贯穿流与南海（吕宋海峡）贯穿流的年际变化呈反位相，其主要原因是赤道太平洋风场异常强迫．在E1 Nino期间，赤道太平洋的西风异常会使北赤道流增强，其分叉点向北移动；北赤道流对黑潮和棉兰老流的体积输送分配产生变化，黑潮减弱，棉兰老流增强．两支环流的变化会导致在吕宋海峡和苏拉威西-棉兰老通道处出现入隙／跨隙（undershooting／overshooting）现象，即黑潮减弱会导致从太平洋进入南海的水体增加，而棉兰老流增强会导致太平洋进入印度洋水体的减少．La Nina期间，情况与之相反．因此，印度尼西亚贯穿流和吕宋海峡贯穿流的年际变化关系具有深刻的海洋动力学意义．     

1997-1998年南海暖事件

通过海面温度、海面高度、风应力和次表层温度资料的合成分析发现，1997年春、夏季至1999年春季南海发生了强烈的暖事件，与发生在南海北部的赤潮灾害事件、海南岛附近的珊瑚死亡（白花）现象以及长江中、下游1997和1998年洪涝灾害相对应。1997年南海海面温度距平发展阶段，南风距平导致的暖平流为正距平发展主要因子。而1998年夏季海温距平进入维持阶段，此时深水区温跃层加深、明显下凸，海盆中央维持系统的海面高度正距平导致了下降流模态。     

南海北部造礁珊瑚氧同位素的年际和年代际趋势变化及其影响因素

从海南岛东岸采集了Porites lutea和P.lobata两种滨珊瑚个体，沿其生长轴线以每年25～28个样品的分辨率取样并进行氧同位素分析，目的是研究滨珊瑚骨骼氧同位素组成在季节、年际和年代际3个时间尺度上的变化与季风气候的联系．分析结果表明，滨珊瑚的δ^18O值季节和年际变化在冬季风盛行的季节里主要受表层海温（SST）控制，而在夏季δ^18O值与表层海水盐度（SSS）显示较好的相关性．海水的盐度和同位素分析结果显示，它们都与夏季风降水的大小相关，指示着夏季风降水对海水和珊瑚氧同位素组成年际变化决定性作用．冬、夏季风从时间上独立地对珊瑚氧同位素的控制，使我们可能通过同一序列的记录来重建冬、夏季风的变化．在年代际尺度的趋势变化上珊瑚万δ^18O值与大区域的盐度变化相一致，并且与当地降水关系不大，可能说明了珊瑚万δ^18O值年代际变化受大区域海洋环流和水文气候影响，是大区域季风降水、蒸发及其与太平洋海水交换等因素综合作用的结果．     

北京大气CO2浓度日变化、季变化及长期趋势

1993～1995年北京大气CO_2浓度上升较快,年平均增长率为3.7％,1995年平均浓度达到最高,为（409.7±25.9）μmol·mol-1,随后缓慢下降.强度基本稳定的CO2源与迅速增大的CO_2汇的共同作用导致北京1995～2000年大气CO_2浓度逐渐降低.CO_2浓度季节变化明显,冬季出现峰值,平均浓度为（426.8±20.6）μmol·mol-1;夏季出现谷值,平均浓度为（369.1±6.9）μmol·mol-1.CO_2浓度季变化主要受物候季节变化控制.北京大气CO_2浓度日变化强烈,峰值一般出现在夜间,谷值出现在白天,平均日较差>34.7μmol·mol-1.年际季变化分析发现冬季和秋季大气CO2浓度变化基本控制着大气CO_2年际变化趋势,夏季浓度年际季变化对大气CO_2变化总趋势影响不大.     

中纬度亚洲降水年际变化的空间差异与环流异常

<正>依据Climatic Research Unit(CRU)1960~2009年0.5°×0.5°网格点的月均降水量序列及NCEP/NCAR 1948~2009年2.5°×2.5°网格点再分析逐月资料,分析了中纬度亚洲近50年来的降水变化的空间差异及其可能机制.结果发现,大致以100°E为界限,西风环流控制的亚洲中部干旱区与季风环流主导的中国西北东部-华北地区降水在年代际、特别是年际尺度上存在相反的变化,即中纬度亚洲在年际尺度上亦存在降水变化的"西风模态".针对不同区域的主要降水季节     

一个1/10°涡分辨准全球海洋环流模式及其初步分析

在中国科学院大气物理研究所气候系统海洋环流模式最新版本(LICOM2.0)基础上,将模式水平分辨率提高到均匀的1/10°,垂直分辨率增加到55层,建立了一个不含北冰洋区域的准全球涡分辨(eddy-resolving)海洋环流模式.利用再分析和观测的海表强迫将该模式积分了20年,其中最后8年使用2000~2007年QuikSCAT卫星反演的风应力和再分析热通量强迫.本文利用最后8年模式输出结果,初步评估了该模式对海洋环流的基本模拟能力.相对于低分辨率的海洋环流模式,发现涡分辨率海洋模式不仅可以更好地模拟海洋中尺度涡旋的时间和空间特征,而且还能较好地模拟出西边界流的路径和位置,特别是能够重现黑潮大弯曲现象及其年际变化.另一方面,当模式的水平和垂直分辨率提高之后,模式也能够更好地模拟赤道太平洋环流和中国近海环流的复杂结构.     

全球气候与地球自转速度的年代际变化

1996年世界气象组织（WMO）公布的未来15年“气候变率与可预报性研究”计划中把年代际气候变率作为子计划提出,充分显示出这个问题研究的重要性。通过实施“热带海洋和全球大气”10年计划,人们发现海气相互作用的现象ENSO有年代际变率,这种变率使得经典ENSO预报模型在80年代不能适用,耦合模式在近年的预报与观测不一致,最近的气候突变发生在70年代后期,这种变化称之为基本态的年代际变化,80年代E1 Nino（1982,1986,1991）事件发展的特征与1977年以前El Nino事件合成分析的特征有所不同,进入90年代以来年际增温的频率加快了,由于全球气候变化与赤道海温异常有着密切的关系,赤道地区海温异常已成为全球气候预测的一个重要指标,而年际海温异常的发生又直接受海洋年代际基本态的制约,因此,年代际海温异常变化的机制和预报正成为人们研究的重点。     

同El Nino发生相联系的热带大气系统动能的变化

作者之一首先在1988年指出E1 Nino事件的前期征兆在赤道西太平洋,其后的进一步研究更明确指出,东亚冬季风异常与El Nino有相互作用.通过资料分析和GCM的数值模拟,我们最近又指出热带大气季节内振荡与El Nino也存在明显的相互作用.1 观测资料分析结果就时间尺度而论,我们可以将热带大气运动大致分为三类系统,即天气尺度(3～10d)系统,主要是大范围积云对流的活动;低频系统,主要是季节内(30～60d)振荡;准定常(>90d)系统,包括ENSO循环.1982～1983年及1986～1987年分别发生了El Nino事件,用ECMWF     

热带西太平洋环流及其季节变化

利用由GFDL的MOM3海洋环流模式和NODC的XBT数据库生成的全球海洋同化数据,分析了热带西太平洋环流及其季节变化.同化数据所反映的环流结构和平均流速流量与已知观测结果非常吻合.同化数据算得的北赤道流、棉兰老流、黑潮源地以及140°E以西的北赤道逆流等的流量基本上都表现出春强秋弱的季节变化特征,尽管彼此之间还存在少许位相差.由于两个热带流涡季节循环之间存在位相差,北赤道逆流还有半年振荡.与其上游的棉兰老流和新几内亚沿岸流不同的是,印度尼西亚贯通流在夏季东南季风期间较强,表明其季节变化深受季风影响.     

20世纪90年代南海海平面的上升趋势:卫星高度计观测结果

利用7年的TOPEX／POSEIDON卫星高度计资料，发现在1993年1月至1999年12月间南海海平面总体呈现上升趋势，就整个海盆所估算的总体上升速率约1cm/a。海平面的上升在空间上并不均匀，在吕宋岛西侧的深水海盆处上升率高达2．7cm/a，在浅水陆架区上升率则多较低（甚至为负值）。认为所观测到的海平面快速上升是一种地区性现象，主要因南海上层变暖所至。分析表明同期南海上层水温的上升速率为0.15℃/a。分析还表明，所观测到的上升趋势主要是一种年代信号，可能与太平洋暖池海域的年代尺度变化相联系。     

南海北部珊瑚灰度及其反映的华南降水年代际变化

利用1789～1992年南海北部逐年珊瑚灰度与1908～1992年广州逐年降水资料，采用Mann—Kendall法、奇异谱分析、相关分析、合成分析等方法对南海北部年珊瑚灰度的年代际变化进行了分析，并探讨了用珊瑚灰度重建的广州降水时间序列所反映的华南降水的年代际变化特征．结果表明：南海北部珊瑚灰度变化存在明显的趋势项、权重很大的年代际变化和较弱的年际变化．1880年代末存在显著的由正异常到负异常转变的世纪尺度突变，突变前后对应的全球海温差值场是：南海及其附近的北印度洋、中西太平洋大部、北大西洋沿岸为负异常，这种大范围的海温异常分布是与南海珊瑚灰度世纪尺度突变相伴随的．南海珊瑚灰度与广州降水在年代际尺度上存在显著的负相关，用年代际尺度南海珊瑚灰度资料反演的广州年代际降水表明了华南降水年代际变化具有明显的阶段性．对寻找研究华南年代际以上尺度气候变化的代用指标有一定的意义．     

大洋经向翻转环流的多空间尺度变率

利用全球海气耦合模式的模拟结果, 指出大洋经向翻转环流(MOC)存在多空间尺度的变率模态, 它或是表现为全海盆尺度的振荡, 翻转环流在整个大西洋经向海盆范围内发生协调一致的强度变化, 跨赤道流动强; 或是表现为局地尺度的MOC振荡, 主要限于北大西洋的局部, 跨赤道流动较弱. 此前研究多强调MOC多平衡态转换的古气候意义, 结果提醒我们, 即使在年际到年代际尺度上, 也应关注MOC变化的空间特征, 不同空间尺度上的MOC变化的气候意义不同, 简单地利用北大西洋范围内经向输送的最大值不能合理反映MOC变化的空间特征.     

1993～1995年南海中部的硅质生物通量及其季节性变化:季风气候和El Nio的响应

南海中部放射虫与硅藻通量的季节性变化受到季风气候的控制．放射虫与硅藻在季风盛行期增加，在季风转变期减少．季风驱动的海流变化，促进不同海区的海水流动，为海洋表层生物带来了丰富的营养物质，从而促进了放射虫与硅藻通量的增加．放射虫通量与有机碳通量、表层初级生产力和表层输出生产力的变化一致．高的放射虫通量对应于高的表层初级生产力．１９９４～１９９５年放射虫与硅藻通量的突然增加与这个时期发生的 ＥＩ Ｎｉｎｏ事件有关．     

冬季格陵兰、喀拉海和巴伦支海海冰年际变化与ENSO事件

众多研究表明,ENSO事件不仅仅是热带地区大气和海洋异常年际变化现象,并且与中高纬度地区的气候异常变化相关联,一方面通过对两维定常行星波的强迫导致中高纬度地区的遥响应;另一方面,中高纬度的大气环流异常对ENSO事件的发生也具有触发作用.海冰变化可以引起盐度突变层的灾变和热盐环流的突然停止,可以导致半球乃至全球大气环流异常,最新研究表明,海冰面积变化周期与ENSO事件的周期有较好的一致性.本文讨论了冬季格陵兰、喀拉海和巴伦支海海冰年际变化与ENSO事件的关系,认为该海域海冰面积异常可以引起北半球大气环流异常响应,尤其是当海冰面积变化超前大气变化3年时,可以诱发大气高度场产生PNA型异常;ENSO事件都发生在海冰面积变化速度为极值点的冬季.     

末次冰消期南海南部的普林虫低值事件

通过对中法合作“马可•波罗”航次在南海南部陆坡采集的MD 05-2894柱状样(7°2.25′N, 111°33.11′E, 水深1982 m)进行浮游有孔虫定量分析, 结果表明, 末次冰消期距今16.0~14.9 cal ka BP之间, 浮游有孔虫Pulleniatina obliquiloculata(斜室普林虫)的丰度急剧降低至几乎为零. 这次普林虫低值事件在南海南部普遍存在, 发生时间介于17.0~14.8 cal ka BP之间, 可以作为地层划分对比的良好标志. 对浮游有孔虫表层种Globigerinoides和次表层种P.obliquiloculat的壳体进行Mg/Ca比值分析, 再造表层和次表层海水的温度, 进一步揭示末次冰消期普林虫低值事件时, 表层海水的温度变化不大, 而次表层海水的温度明显下降~2℃, 使得温跃层深度随之变浅. 这次普林虫低值事件在时间上相当于H1的气候变冷事件, 反映了南海南部热带海区上部水体垂向结构的巨大变化, 为研究末次冰消期变暖过程中的快速气候变化提供了重要依据.     

南海遥感叶绿素的长程相关

基于1997年10月至2005年10月海视宽视野水色扫描仪（SeaWiFS）的遥感观测数据，利用去除趋势波动分析法（DFA）分析南海表层叶绿素的时间相关性和分形标度特征．计算结果表明：南海各网格点表层叶绿素时间序列普遍存在较强的长程相关性，标度指数在0．5与1．14之间，平均值为0．79．吕宋岛西北面、巽他大陆架北部等上升流海域标度指数较大，表层叶绿素的持续性较强；吕宋岛西南面、海南岛东面和南海南部的大部分海域标度指数较小，表层叶绿素的持续性较弱．总体而言，南海表层叶绿素的持续性比海洋表层温度（SST）的持续性弱，两者标度指数的空间分布也存在较大差异．     

南印度洋表层副热带环流的漂流示踪

基于历史表层漂流浮标数据,利用轨迹跟踪方法分析了南印度洋表层副热带环流的平均态特性.浮标路径反映出南印度洋海水由高纬向低纬输运的过程大体可分为2种:海水沿南印度洋东边界北上,汇入南赤道流后绕过马达加斯加岛北侧,沿非洲东岸跨越赤道进入北半球;或者由南印度洋中部北上,受南赤道流影响转向,到达马达加斯加岛东部后返回南印度洋构成副热带环流.漂流浮标获得的流速和能量结果表明,部分海区流的空间变率十分显著,如阿古拉斯回流区、马达加斯加北部、南印度洋西部海盆和澳大利亚西侧海区等.特别地,虽然可能受到如季节变化和涡旋扰动等因素的干扰,在漂流浮标拉格朗日式的观测下没有发现显著的副热带逆流,但是可以通过平均动能和涡动能分布观察到逆流的微弱特征.此外,基于浮标示踪,还反推留尼汪岛附近漂流浮标的可能来源,得到其沿南副热带环流的3种移动路径,这对海上搜索具有现实指示意义.     

南海南部12 Ma以来的蛋白石堆积速率与古生产力变化

对南海南部大洋钻探1143站463个样品中生物硅的检测发现，蛋白石含量及其堆积速率在晚中新世（12．3－5．7Ma)明显增加，与总堆积速率及碳酸堆积速率的变化一致，反映了较高的生物生产力，从而证实了晚中新世南海南部发生了一次“生物勃发事件（biogenic bloom event)”，与印度洋－太平洋海区的“生物勃发事件”相。中更新世（约0．7MPa )以来蛋白石含量及其堆积速率的明显增加， 可能与“中更新世革命”事件之后季风环流的增强所造成的上升流和营养供应增加有关。