大气压强脉动对全球海洋输入的机械能

外来机械能是控制大洋环流的重要因素之一. 大气向海洋输入机械能主要是通过风应力和海表大气压强脉动来实现. 利用10 a (1993~2002)的TOPEX/POSEIDON卫星高度计资料计算了大气压强对海洋做功的速率. 其10 a平均的全球总功率为0.04 TW (1 TW=10¹²瓦), 主要分布在南大洋以及北半球的风暴带附近. 在过去的10 a间, 该项能量输入有明显年际变化, 变化幅度约为15%.     

Jason-1卫星厘米级星载GPS精密定轨

美法合作研制的Jason-1海洋卫星于2001年2月7日在美国加利福尼亚州成功发射, 它接替已经运行了 9 年的Topex/Poseidon(T/P)卫星, 继续对全球海平面进行高精度的实时监测. 海洋卫星的轨道误差, 尤其是径向误差直接影响卫星测高的效果, 为了能与T/P的测高数据很好地衔接, Jason-1卫星径向轨道须达到2.5 cm精度. 本文利用Jason-1卫星星载GPS实测数据, 通过非差动力学定轨方法, 计算了Jason-1卫星2002年12月19日至2003年1月7日两个cycle的轨道, 并利用与JPL计算的精密轨道比较、轨道重叠检验及SLR检核等多种方法全面地分析了本文的定轨结果. 多种比较结果综合表明, Jason-1卫星径向定轨精度可达到1~2 cm.     

中国近海海域Geosat卫星测高海平面和海面地形研究

许多年以来,大地测量学家和海洋学家一直依靠测量船和验潮站的测量数据来研究占全球总面积70%以上的海洋,虽然这些数据在揭示海洋以及气候变化等方面起到了重要的作用,但由于测量数据稀疏、重复周期长等缺陷,限制了更进一步的研究.卫星测高这一新型卫星空间遥感技术的出现使得在全球范围内全天候地、多次重复地准确测量海洋表面变化成为可能,特别是在全球海平面变化、地球重力场模型、中等尺度海洋环流以及厄尔尼诺现象等研究方面起到了举足轻重的重要作用.     

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。     

低频海平面变化及其与太平洋气候事件的相关性

全球海平面变化不仅表现为明显的长期性趋势和季节性变化特征,而且还可能具有年际和年代际变化特征.本文联合卫星测高和验潮站观测数据各自具备的优势,重构了1948～2007年间全球平均海平面变化时间序列.基于该序列,计算得到20世纪后半期海平面上升加速度约为0.010±0.009mm/a2,并分析发现海平面变化存在包括年代际在内的多尺度低频振荡,而1993～2003年期间的海平面变化正处在低频振荡的加快上升期.然后利用移去长期性趋势后重构的海平面变化时间序列,分析发现海平面变化低频信号与南方涛动和太平洋年代际振荡指数之间表现了较强的相关性,但在部分时间段内存在一定差异,其原因可能是频发的厄尔尼诺和拉尼娜现象及太平洋年代际振荡短期反相事件共同作用的结果.     

在南海南部大纳土纳岛附近存在S_2分潮的无潮点吗?

结合TOPEX／Poseidon(T/P)卫星和Jason-1卫星高度计资料,对连续12年多的卫星测高资料,采用调和分析方法计算卫星沿轨各点的潮汐调和常数,根据无潮点周围迟角的变化规律来探讨该海域的S2分潮无潮点存在性问题．结果表明:在大纳土纳岛附近不存在S2分潮的无潮点,而是存在一条驻波的节线,在节线上,S2分潮的振幅接近于零．     

2014～2016年El Ni?o期间全球平均海平面的年际变化及全球水循环的贡献

自1993年以来,卫星测高的结果显示全球平均海平面(global mean sea level,GMSL)以3 mm/a左右的平均速率上升,并伴随着明显的年际变化.2002年成功发射的重力卫星(Gravity Recovery and Climate Experiment,GRACE)通过高精度测量两颗卫星之间的距离变化(微米级精度)反演全球陆地水时空变化,为全球平均海平面变化的成因分析研究提供了观测基础.综合利用卫星测高、GRACE卫星重力、海水温盐Argo浮标数据,详细分析了2010~2016年La Ni?a和El Ni?o期间GMSL年际变化和年际尺度上陆地水的贡献.结果显示,从2010年开始进入La Ni?a到2011年La Ni?a达到鼎盛期GMSL下降了7.6 mm,其中海水质量减少贡献了5.1 mm;2011~2013年GMSL快速上升了19.2 mm,相应海水质量的增加贡献了12.3 mm;2014~2016年强El Ni?o事件使得GMSL上升了15.1 mm,其中海水质量增加对GMSL的贡献达13.6 mm,该时期海水质量变化是GMSL年际变化的主导因素.同时采用卫星重力正演方法(Forward Modelling,FM)分别研究了澳大利亚+东南亚区域、南美洲区域、北美地区、南极+格陵兰区域的陆地水储量变化,结果表明:2014~2016年El Ni?o期间全球海水质量的增加主要来自于澳大利亚+东南亚区域、南美洲区域陆地水减少的贡献.     

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.     

在南海南部大纳土纳岛附近存在S2分潮的无潮点吗？

结合TOPEX／Poseidon（T／P）SE星和Jason-1卫星高度计资料，对连续12年多的卫星测高资料，采用调和分析方法计算卫星沿轨各点的潮汐调和常数，根据无潮点周围迟角的变化规律来探讨该海域的S2分潮无潮点存在性问题．结果表明：在大纳土纳岛附近不存在S2分潮的无潮点，而是存在一条驻波的节线，在节线上，S2分潮的振幅接近于零．     

多源卫星高度计新融合产品的研发与评估

卫星高度计在海洋环流观测、海平面变化分析和海洋环境预报等多个研究和业务领域得到广泛应用.当前在轨运行的高度计卫星已达5颗(Sentinel-3A、Jason-3、Cryosat-2、Saral/Alti Ka以及HY-2A),观测精度不断提高,但卫星高度计融合产品的有效分辨率(可分辨海面涡旋的最小尺度)仍需进一步提升.本研究以变分原理为基础,改进背景场、背景误差协方差矩阵以及观测误差,建立一种新的多源卫星高度计资料融合方法.以南海及其附近海域为目标区域,在格距为0.08°的规则网格上,融合所有在轨运行的5颗卫星高度计的沿轨数据,得到逐日融合产品.评估分析表明:新方法得到的融合产品的有效分辨率达到125 km左右,与国际上广泛应用的AVISO产品相比(格距0.25°,有效分辨率240 km),有效分辨率提高近一倍,融合产品的精度进一步提高,可用于描述更小尺度的海洋环流结构.     

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.     

基于ICESat/CryoSat-2卫星测高及站点观测的纳木错湖水位趋势变化监测

<正>全球气候变化对青藏高原的水循环和水资源产生重要的影响,高海拔内陆湖变化成为气候变化的重要指示器.近年来,卫星测高技术成为青藏高原湖泊动态变化的有力观测手段.目前,ICESat测高数据已广泛运用于湖泊水位变化监测,而该卫星仅能提供2003~2009年期间的测高数据.因此,2010年发射的高精度雷达高度计卫星如CryoSat-2成为青藏高原湖泊水位持续监测的潜在重要数据源.本文以青藏高原纳木错(Namco)水位变化为例,基于2005~2013年的纳木错站实测水位数据,评价CryoSat-2卫星在湖面脚点(footprint)     

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.     

WOCE和气候变化

WOCE(世界大洋环流实验)是政府间海洋委员会、世界气象组织、海洋科学委员会、国际科学联盟等国际组织发起的一项大规模的国际合作计划。该计划进行为期10年(1991--2000年)的全球海洋环流变化及其对全球气候影响的机制的研究,并通过数值模拟、经常性监测、专题调查三者有机结合,最终为增进人类对海洋环流的认识和改善气候预报作出贡献。 WOCE计划是在下述背景情况下应运而生的:     

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。     

冰冻圈水循环在全球尺度的水文效应

以固态形式存在的冰冻圈诸要素,其冻、融过程导致水循环发生重要变化,进而影响大洋、河流水文过程及大气水分循环过程.本文在分析两极地区海洋淡水组成的基础上,论述了两极地区冰冻圈对大洋输入淡水的影响,阐释了冰冻圈与大洋热盐环流的关系,讨论了冰冻圈对海平面上升的贡献程度.研究指出,在南、北纬60o~90o范围南、北极海洋的淡水年循环中,海冰和北极融雪参与的水量远超过降水-蒸发过程的水循环量;北极融雪与河流补给、山地冰川、冰帽及格陵兰冰盖、南极冰盖、海冰、冰间湖等冰冻圈要素的变化可以显著地影响海洋深水对流强度及深水的形成,从而影响海洋热盐环流.冰冻圈对海平面变化影响的评估仍然存在较大的不确定性.从1990年开始的5次IPCC评估报告中,历次对海平面上升贡献的评估结果相差较大.总体来看,若不考虑陆地水储量变化的影响,在海洋热膨胀和冰冻圈这两大影响因子中,工业化升温以来对海平面上升的贡献各占一半.     

地球在呻吟——聚焦全球气候变暖

气候变暖毫无争议 IPCC(联合国政府间气候变化专门委员会)在2008年2月2日发表的第四份气候变化评估报告梗概中指出,对全球大气平均温度、海洋平均温度、冰川和积雪融化的观测,以及对全球海平面的测量等已证实,全球气候正在变暖.     

中国海及其邻近海域高分辨率海底地形

基于海洋岩石圈挠曲补偿模型和ETOPO5全球海洋海底地形模型,利用卫星测高数据所得到的中国海及邻近海域分辨率的海洋重力异常资料,反演了中国海及邻近海域高分辨率的海底地形。计算的海底地形比目前广泛使用的ETOPO5模型数据具有更高分辨率和精度,同时更清晰地展示了中国海及其邻近海域海底地貌、构造特征及动力学事件。     

部分边界固定的自由边值问题

若联合应用海洋上的卫星测高数据与陆地上的重力数据求解地球重力学主题,便出现一类新型大地边值问题——测高-重力问题.这是一类属于非线性的部分边界固定的自由边值问题,迄今尚未有人研究过.目前仅限于研究其线性化——Laplace方程混合边值问题.本文首次研究这类非线性问题,给出它的提法和具体解法,以适应精度突破线性化有效界限O(10~(-8))的观测对求解地球重力学主题的挑战.     

全球夏季热带200mb平均环流研究的某些新结果

一、资料和计算方法本文利用美国国家气象中心(NMC)13年(1968—1980年)全球热带风资料研究夏季(6—8月)200mb平均环流的特征。NMC的热带风场包括所有的热带无线电测风、飞机、卫星测风等资料。我们计算了13年平均的散度、辐散风、经圈环流和纬圈环流。计算公式如下: