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.     

风应力系数与波高熵关系的研究初探

1 风应力关系式 海面风应力系数C_D定义为 其中U_z为海平面上高度z处的风速,U__*是摩擦风速,k是Karman常数,z_0为海面粗糙度。风应力系数C_D一般认为随海面风速增加,而且与海面状况有关,不过CD增加的速率因不同的研究而有很大的变化。Charnock通过量纲分析给出一个z_0的经验公式     

中国首次岸基GNSS-R海洋遥感实验

GNSS-Reflection技术是一种崭新的海洋遥感技术. 它利用导航卫星的海面反射信号可获取海浪、潮汐及海面风场等重要信息, 是海洋遥感的前沿领域. 报道了中国岸基GNSS-R海洋遥感实验—— CORE实验, 研究了利用GPS卫星直达波与反射波信号反演海洋参数的方法, 给出了有效波高的最新反演结果, 并利用同步观测进行了对比验证.     

晚冰期我国东部大地水准面的变化及其对海面变化的影响

Mrner提出了大地水准面型海面变化的理论,引起了广泛的关注。可对于我国大地水准面的变化及其对海面变化的影响,至今无人论及。当讨论海面变化与气候变化的关系时,作者发现我国东部晚冰期海面的变化与世界气候变化不相协调。进一步与全球海水量的变化进行比较,发现两者存在一定的偏离,并且开始偏离的时间,正好对应于哥德堡古地磁极性漂移事件。因此,作者认为晚冰期我国东部大地水准面曾一度发生过变化。     

海面并非平坦

在日常生活中,人们普遍认为湖水等水面是平坦的,所以,海面也是平坦的。其实不然,随着现代科学技术的发展,特别是人造地球卫星测量技术广泛应用于海洋,人们发现大海的水面也如同陆地一样高低不平,这种高低不平的海面延伸敷千公里,所以,陆地上的人难以用肉眼看到,如今依靠精密的卫星测量,能够准确地认识海面凹凸不平的变化情况。据调查,全球海面有几个比较大的起伏区,其中澳大利亚东北部太平洋海域的最高点高出平均海     

全球沙漠面积和粉尘排放量的新估算

沙漠是干旱半干旱地区最重要的地表景观,是粉尘排放的主要源区.确定全球沙漠边界、计算沙漠面积、估算沙漠的粉尘排放量对于定量评估沙漠对气候与环境的影响具有重要意义.利用中分辨率成像光谱仪（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS）数据,结合支持向量机（Support Vector Machine,SVM）、试错法及目视解译技术提取了全球沙漠范围.对全球沙漠分区域进行面积和分类精度计算.利用地形、降水、蒸散、地表风速等数据对全球沙漠的环境变化进行分析.基于移动风蚀仪（Portable In-Situ Wind Erosion Laboratory,PI-SWERL）的观测数据,结合地表类型、土壤湿度和摩阻风速估算出全球沙漠的年粉尘排放量.研究表明,全球沙漠面积为～17.54×10⁶km²,总体分类精度为92.37%.沙漠多分布于地形低于2000 m、降水量不足200 mm、全年风速为4～6 m/s的极端干旱和干旱地区.沙漠每年排放～1792.65 Tg粉尘(本文指PM₁₀     

全新世南黄海沿岸海平面升降与地壳形变关系的初步研究

在大陆架地区,海平面变化,历史上通常是以海岸线高程(Sea-shoreline level)变化记录为基础重建的。古海岸线高程变化,除了受全球气候性海面升降的控制外,还与当地的地壳形变有关。这里以南黄海及其邻区为例,探讨冰后期海侵过程重力均衡产生的地壳形变及其与板块运动的关系。     

南海次表层水温的季节内变化

通过对地海海季风实验（SCSMEX）期间布设于南海中部的3个ATLAS海洋锚定浮标所观测的资料进行Morlet小波分析，发现南海次表层水温存在显著的季节内，尤其是在冬半年。水温季节内变化主要集中在50－100m深度，振幅变化可以达到1－2℃。造成次表层水温如此大振幅变化的原因，是在海面风应力强迫下温跃层产生的垂直位移所致。这一发现提示出南海上层海洋垂向季节内变化的重要特征。     

海面风向不确定性对海表面盐度反演影响的剔除

基于海面微波辐射的小斜率近似模型算法, 对海面风的影响进行了深入的讨论, 提出一个计算海面风附加效应的关系式. 该关系式表明, 风对海面亮温的附加贡献ΔT_h,v与海表面温度、海表面盐度以及海面风速呈近似的线性关系. 另外, 在较小的入射角和中低风速条件下, 风对海面亮温的附加贡献的水平和垂直极化分量之和(ΔT_h+ΔT_v) 与风向无关. 据此, 提出海表面盐度遥感反演的一个新公式, 该公式中不包含风向因子. 这有利于提高航空海表面盐度遥感的精度, 对于单入射角卫星传感器也有一定的应用价值.     

利用TOPEX卫星测高技术监测1997年度El Nino过程

Ｅｌ Ｎｉｎｏ事件期间,全球的海洋和大气都会出现大范围的异常变化,１９９７年初开始了一次强Ｅｌ Ｎｉｎｏ事件,利用ＴＯＰＥＸ卫星的高精度海洋测高数据可以观测到这次Ｅｌ Ｎｉｎｏ期间海面高度的变化,并为研究Ｅｌ Ｎｉｎｏ的形成和发展机制以及对全球气候影响提供参考。     

第四纪东海的海进层序和海退层序

通过对东海陆架4000 km电火花单道地震资料的判读, 并与位于东海外陆架的钻孔DZQ4 对比, 分析地震地层的特点、沉积相和沉积环境, 推测形成年代, 探讨第四纪东海海进层序与海退层序, 以及与海面变化的响应. 研究表明第四纪东海海面随着全球气候冷暖波动而升降, 海面上升时, 太平洋潮波对东海陆架的作用加强, 北西至南东向往复潮流塑造了潮流沙脊, 地震剖面显示海进层序; 海面下降时, 长江三角洲向海进积, 地震剖面显示水下三角洲的海退层序. 随着第四纪海面多次升降, 东海外陆架地层的海进层序与海退层序周期性交替分布, 它们与海面变化曲线存在很好的对应关系. 由于东海陆架坡缓, 海面数十米升降可以造成岸线在数百公里范围内进退, 又由于长江的大量输沙, 水下三角洲和潮流沙脊的规模都很大. 自氧同位素8期以来, 共发育了3期较大潮流沙脊和4期大规模的水下三角洲.     

全球大气-海浪耦合模式对海面气压场模拟的改善

利用高分辨率的全球大气环流-海浪耦合模式进行了大气环流季节循环的集合模拟, 通过与欧洲中期预报中心再分析资料的比较, 表明耦合模式可以有效地改进海面气压场的模拟, 这种改进得益于考虑了波浪所产生的波生应力. 同时, 耦合试验结果也清楚地表明了中纬度大气对于海表热通量强迫表现为“热-低压”的响应形式, 增进了对中纬度大气对于海洋强迫响应的理解.     

揭开南海海平面下神秘巨浪的面纱

在广阔的南海海面上,不时有一群群巨大的波浪在海面下通过,它们的波峰线长达200km,波高有50层楼那么高。但是它们神出鬼没,令人难以捉摸,以致于多年来都没有被人发现。     

近南极洲海域夏季潜热及感热通量计算

洋面上潜热与感热通量的输送,对全球气候的变化有重大影响。通量的计算可以采用湍流脉动仪器测量温度、湿度、风速的脉动,直接计算通量。此外,可以采用整体输送系数方法计算通量。前者对测量仪器的精度要求高,可以得到较为精细的结果,但观测中困难较大。而后者可以采用常规气象观测资料计算,有利于获取大量资料,因而是目前广为采用的方法。目前在各大洋上均有许多通量计算结果,许多学者用COADS资料进行分析计算,如Cayan分析了洋面上潜热与感热通量距平、海面温度变化及其与环流变化之间关系。邵庆秋等分析了感热与潜热通量与E1 Nio现象之间的关系等。在赤道西太平洋的TOGA中美合作试验中,以及黑潮海域,吕乃平、周明煜也作过通量计算。由于观测等各方面的困难,目前在近南极洲海域的通量研究甚少。     

中国海的极端海浪强度变化及归因分析

海浪作为海洋上主要的动力过程,其极端强度的时空变化正在得到越来越多的关注.为了获得中国海的极端海浪强度的长期时空变化趋势,并研究导致该变化的主要原因,采用欧洲中期天气预报中心最新发布的ERA-5海浪和大气再分析资料,使用Sen斜率估计和Mann-Kendall趋势检测方法,分析中国海的极端海浪强度(此处用有效波高的99.5%百分位数表征)在年际、台风浪和冷空气浪盛行期的历史40 a(1979～2018年)变化趋势.并通过对极端风速以及热带气旋数量和强度的变化趋势分析,研究导致中国海极端海浪变化的原因.分析结果表明,东海南部海域的极端海浪存在十分显著的年际增强趋势,幅度可达+5 cm/a,与其在台风浪盛行期的增强趋势及幅度一致,而极端风速在年际和台风浪盛行期的增强趋势是直接原因.此外,影响东海南部的强台风和超强台风的数量也存在显著增加趋势,这也导致了该海域极端海浪的恶劣程度加剧.同时,南海南部的极端海浪在年际、台风浪和冷空气浪盛行期均存在增强趋势,幅度最大+3 cm/a,而极端风速的增强是直接原因.     

依据海洋环流模式和大地水准测量获取的中国近海平均海面高度分布

依据嵌套于全球海洋环流模式中的1/6高分辨率中国近海环流模式模拟结果和海平面气压分 布, 获得了渤海、黄海、东海和南海平均海面高度(海面地形)分布. 结果表明, 中国1985国家高程基准在全球平均海面之上24.7 cm, 中国沿岸海面南高北低. 与由大地水准测量得出的沿岸28个验潮站平均海面高度相比较, 标准偏差为4.8 cm, 拟合系数达95.3%, 通过线性回归订正, 标准偏差可减至4.5 cm, 表明模式结果已达到实际应用要求的准确度. 依据模式结果给出了中国近海1/6分辨率的平均海面高度值, 由此并可将大陆与岛屿高程相联系, 给出中国台湾、东沙、西沙和南沙的平均海面高度.     

东海海底观测网小衢山试验站记录的2010 年智利海啸信号分析

海面高度变化包含了周期性的潮位变化和非周期性的风场、气压和涌浪等过程引起的增、减水变化, 较大幅度的增、减水都可能引发自然灾害. 本文利用东海海底观测网小衢山试验站获取的长期连续观测资料, 通过功率谱及潮汐调和分析方法计算了试验站海平面变化的主周期及其分量值, 并由海平面观测值减去潮汐调和分析值得到海面高度异常值(sla). 研究海域sla 值与南北向风速有较好的相关性, 相关系数为0.65, 并通过线性拟合得出由局地风场引起的海面高度异常值sla_wind. sla_wind 是sla 的主要分量, 但非等值, 即由sla-sla_wind 得到剩余海面高度异常值sla_residual 不等于零, 表明有其他引发海平面异常变化的外力因素存在. 通过详细分析2010 年2 月27 日智利8.8 级强震发生前后一段时间的海平面变化数据, 发现在2010 年2月28 日15:00 时sla_residual 达到极大值0.48 m, 恰好与太平洋海啸中心预报的智利地震海啸进入东中国海沿岸的时间相一致, 由此判断该剩余海面高度异常受到了智利地震海啸的影响. 这是我国第一次用海底观测网的连续、实时数据详细分析越洋地震海啸在我国近海海域的增水过程、极值及其出现时刻, 这对于海啸预报模型的验证与改进和对计划中在东海海域建设海底观测网和海洋灾害预警等均有重要意义.     

用地表和空间重力测量验证全球水储量变化模型

综合分析了全球7台高精度超导重力仪长期连续观测资料, 在精密剔除了重力潮汐和地球自转变化重力效应的基础上, 获得了反映重力场季节性变化的残差序列. 同时, 通过局部的大气压观测数据, 分析了大气对重力的负荷影响, 通过全球陆地水和非潮汐海洋的数值模型计算了负荷效应对重力的影响. 数值结果表明, 大气和陆地水负荷对重力场观测的影响达到100±10^-9ms^-2的量级, 而非潮汐海洋负荷在沿海地区达到10±10^-9ms^-2的量级. 基于GRACE卫星重力确定的重力场球谐展开系数, 采用半径为600 km的高斯平滑技术获得了台站区域的月重力变化. 通过比较地表的超导重力观测和GRACE空间重力测量结果以及全球水负荷的重力效应说明: 地表和空间重力测量能够有效检测到由陆地水储量变化导致的重力场季节变化, 该变化达到100±10^-9ms^-2的量级. 这充分说明高精度的重力测量是检验全球水储量变化模型可靠性的重要手段.     

青藏高原外流区主要河流的径流变化

结合Mann-Kendall检验, 综合分析青藏高原外流区五条主要河流从1956~2000年的年平均径流量的变化过程, 揭示青藏高原河川径流总量总体没有增加, 但存在明显区域差异, 表现在黄河和长江(通天河)径流量呈现减少趋势, 东部雅砻江呈现增加趋势, 以及澜沧江和雅鲁藏布江的反相变化等方面. 对径流量的季节变化分析, 揭示气候变化对青藏高原河川径流的季节变化的影响比较显著, 春季(3~5月)径流量存在明显增加趋势, 特别在黄河上游1990s平均增加到18%以上. 结合北半球平均温度资料与流域内气候资料分析, 揭示青藏高原河川径流量并没有随着全球气温的增加而增加, 可能是由于流域内气温的升高导致了蒸发增加抵消了降水增加的水文效应所致.     

纵向岭谷区地表径流对气候变化的敏感性分析:以长江上游龙川江流域为例

由于受印度洋强势季风系统及当地复杂地形的影响,中国西南纵向岭谷区过去50年的气候变化显现出与中国南方其他地区不同步的变化趋势．为研究西南纵向岭谷区地表径流对气候变化的响应,以龙川江流域为例和研究区1960-2001年气候因子-径流关系为背景,在综合考虑全球环流模型(GCMs)预测结果及区域气候变化历史趋势的基础上,通过建立人工神经网络模型对气温变化-1,0,1,2和3℃以及降水变化0％, 10％和 20％共25个气候情景下的气候变化-地表径流响应关系进行了分析．结果表明,尽管总体上降水与径流呈非线性正相关关系,气温与径流呈负相关关系,但径流的年和季节的具体变化却取决于气温和降水变化的组合．冬春季的地表径流的趋势更多的受气温变化的影响,夏秋季则基本与降水变化的趋势一致(径流响应高于降水变化)．若如GCMs所预测,暖冬和湿润夏季为今后气候变化的趋势的话,岭谷区将面临更加严重的干旱和洪涝灾害．