1957-2002年北大西洋海表风速时空分布特征及变化周期研究

利用来自ECMWF的ERA-40海表10 m风场资料,采用EOF、功率谱等分析方法,对北大西洋海域海表风场的时空分布特征、变化周期等进行分析,研究发现：（1）北大西洋海域海表风场EOF分析的第一模态呈同位相分布,由高纬至低纬表现出＂高-低-高-低＂的分布特征;第二模态在空间分布特征上,北大西洋中部海域与东西两岸表现出反位相分布;第三模态的等值线也表现出东北-西南向,东部海域和西部海域表现出反位相分布特征,（2）北大西洋海域的海表风速在近44年期间整体呈显著的逐年线性递增趋势。在1958年至1967年期间,海表风速的变化趋势较为平缓,1968-1974年期间则表现出一波较为强劲的递增趋势,在1975年至2001年期间表现出缓慢的递增趋势。（3）北大西洋海域的海表风速存在明显的2.0~2.36年、3.71年以及26年以上的长周期震荡。     

南中国海海表风速长期变化趋势

利用CCMP风场,计算了1988~2009年南中国海海表风速的变化趋势以及变化趋势的区域性差异、季节性差异。结果表明,1988~2009年,南中国海的海表风速整体上以0.038 6 m/(s·a）的速度显著性逐年线性递增;近22年期间,南中国海海表风速的变化趋势表现出较大的区域性差异,大部分海域的海表风速呈显著性逐年线性递增趋势,为0.03~0.15 m/(s·a）,呈显著性线性递减的趋势分布于台湾东部和菲律宾周边的一些零星海域,无显著性变化趋势的海域分布于南中国海12°N附近一带状海域、中南半岛东南海域一椭圆形海域;南中国海海表风速的变化趋势表现出很大的季节性差异。     

近45年北太平洋海表风速特征统计分析

本文利用来自欧洲中期天气预报中心（ECMWF——European Centre for Medium-Range Weather Forecasts）的1957年8月—2002年7月逐6 h的ERA-40海表10 m风场资料,统计分析了近45年期间北太平洋海表风场的月变化特征,以及多年平均海表风速的分布特征,为海洋水文保障、海洋工程等提供参考。结果表明：（1）北太平洋的海表风场具有明显的月变化特征,10月至来年2月的风速整体高于其余月份。（2）从年平均风速来看,阿留申群岛附近海域为北太平洋年平均风速的明显大值中心,年平均风速基本在8 m/s以上;中纬度海域的年平均风速在6~7 m/s;15°N-20°N的东部海域存在一相对大值区,年平均风速在7 m/s以上;赤道西部海域的年平均风速较小,基本在4 m/s以内。     

印度洋的风浪、涌浪和混合浪的时空特征

为了展现印度洋的海浪特征,利用来自欧洲中期天气预报中心的ERA-40海浪再分析资料,对印度洋的海表风场、风浪、涌浪、混合浪场进行研究,主要分析了季节特征、月变化特征、风速和波高的变化趋势、涌浪指标,定义了南印度洋西风指数和涌浪北伸脊点。结果表明:印度洋的风浪场与海表风场整体上对应较好,尤其是季风期间的北印度洋,涌浪场与混合浪场对应较好;从波高来看,阿拉伯海在1-5月和9-12月的涌浪以及孟加拉湾全年的涌浪对混合浪的贡献大于风浪;印度洋海表风速呈显著递增的区域主要集中在咆哮西风带和30°S以北,风浪波高变化趋势的分布与风速大体一致,大部分海域的涌浪波高、混合浪波高表现显著性逐年递增;印度洋的涌浪在混合浪中占据主导地位,40°S以北的涌浪常年向北传播,且南印度洋西风带西南季风的强度直接决定着涌浪北传的程度。     

南太平洋的海表风场气候特征分析

该文利用CCMP风场分析了南太平洋海表风场特征,结果表明:南太平洋的风向常年相对稳定,风速存在较大的季节性差异。6~8月的风速为全年最大,12月~次年2月为全年最低。年平均风速存在两个风速大值中心,一个维持在赤道东南太平洋,一个维持在绕极西风带。绕极西风带北沿基本维持在35°S,在西风带内分布有三个风速大值中心:120°E、新西兰以南以及120°W。     

南大西洋至几内亚湾冬季海浪传播特性

为解决南大西洋至几内亚湾海域的海浪组成成分、传播特性及来源这3个该海域一直需要解决的问题，建立SWAN （Simulating WAves Nearshore）双层嵌套海浪模型对南大西洋至几内亚湾冬季海浪时空分布进行模拟分析，结果表明：南大西洋海浪有效波高呈高纬度区（30°S以南）向低纬度区（30°S以北）递减的趋势 ，高纬度区海浪传播方向与风场关系密切，低纬度区则与风场差异明显；南大西洋涌浪波高与混合浪波高分布高度相关，涌浪在混合浪中所占比例较大，尤其在风速较小的低纬度海域更为显著；南大西洋中部至几内亚湾存在相对固定的S-SW涌浪系统，其能量在二维海浪谱上分布集中，空间方向上分布范围较窄；模拟时段内几内亚湾呈明显的涌浪主导状态，通过对有效波高最大时刻的一次涌浪过程溯源发现，影响几内亚湾的涌浪可追溯至约6.5天前南大西洋咆哮西风带海域的强风浪。     

1988—2010年中国海大浪频率及其长期变化趋势

利用数值模拟海浪数据,对1988—2010年期间中国海的大浪频率及其长期变化趋势进行较为精细化的统计分析.结果表明:1)近23年期间,中国海的大浪频率基本在30%以内,其中渤海、黄海中北部海域、东海西部近岸海域、北部湾、泰国湾的大浪频率在3%以内,高频海域分布于台湾岛以东广阔洋面、南海中部的东北—西南走向海域.2)春季大浪频率为全年最低,由春季至冬季大浪频率整体上是逐渐递增的.冬季大浪频率为全年最高,大值区为吕宋海峡至中南半岛东南海域一线,呈东北—西南走向的带状分布.3)近23年期间,中国海的大浪频率整体上以0.257%a-1的速度显著性逐年线性递增,且变化趋势表现出较大的区域性和季节性差异.4)不同海域大浪频率的变化趋势由不同季节占主导.     

北太平洋海浪特征分析

利用最新的欧洲中尺度天气预报中心(ECMWF)提供的1979—2014年逐6 h的ERA-Interim有效波高和风速数据,分析近36a北太平洋海浪场的变化特征。结果表明:有效波高经验正交函数分解(EOF)的第1模态呈同相位分布,该模态与太平洋10 a涛动指数(PDO)和厄尔尼诺事件(ENSO)呈显著的遥相关,可以通过这些气候因子的变化来预测有效波高的年代际变化;第2模态表明北太平洋西部海域的有效波高有显著的递增趋势,而东部海域则逐渐减小;第3模态以45°N为界,西风带呈现高低纬反相的双涡型分布,并有显著的2.5 a左右年际变化周期。北太平洋海域有效波高和风速重现期极值的大值区位于西风带,重现期越长,日本群岛南部海域风速加强越显著,加强的极值区延伸到中国的东海甚至是菲律宾群岛的东部海岸。     

南海-印度洋风、浪、海温等海洋水文要素统计分析

本文利用来自NASA的CCMP风场资料、来自ECMWF(欧洲中期天气预报中心)的ERA-40海浪资料、来自NOAA的SST资料,对南海-印度洋海域的风、浪、海温等海洋水文要素的季节特征进行了深入统计分析,为防灾减灾、海洋水文保障等提供参考。研究发现:(1)该海域海表风速的最强区域是南印度洋西风带,年平均风速在8-11m/s,北印度洋存在三个大值区:索马里附近海域、孟加拉湾、南海,海浪场分布特征与风场分布特征一致。(2)南印度洋6级以上大风出现频率整体高于北印度洋;北印度洋存在3个6级以上大风的相对高频海域:索马里附近海域、孟加拉湾、南海。2.5m以上波高出现的频率与6级以上大风出现频率的分布特征大体一致。(3)该海域的SST表现出较大的季节性差异。     

近10年南海海表风场季节特征统计

基于Fortran程序和Grads(Grid Analysis and Display System)软件,利用QN(QuikSCAT/NCEP)混合风场,统计了近10年(1999年8月~2009年7月)期间南海海表风场特征,主要统计了风速风向的季节特征,期望研究结果可以为航海、防灾减灾等提供参考。结果表明:(1)春季,风速的大值区位于南海北部,约3.5~5.0 m/s,台湾海峡能达到5.5 m/s;除泰国湾和北部湾以外的大部分海域以东北风为主,北部湾以偏东风为主,泰国湾以偏南风为主。(2)夏季,受西南季风影响,大部分海域以西南风为主;风速的大值区位于中南半岛附近海域,该海域为传统的南海大风区,约5~7 m/s。(3)秋季,为季风过渡季节,风向稍显凌乱,南海中北部已转东北风,而南部部分海域的西南风尚未完全消退,泰国湾在该季节则以西北风为主;风速的相对大值区位于南海北部和台湾周边海域,约6~9 m/s,台湾海峡基本都在9 m/s左右。(4)冬季,受冷空气影响显著,整个南海均以强势的东北风为主;风速大值区呈东北-西南走向,大部分海域的风速在8 m/s以上,台湾海峡能达到11 m/s左右。     

青岛附近海域SST长期变化趋势分析

本文利用来自青岛附近海域1961～2009年的海表温度（SST——Sea Surface Temperature）资料,对该海域SST的变化趋势、突变形式、变化周期等进行分析。结果表明：（1）1961～2009年期间,青岛附近海域的SST以0.029℃/a的速度显著性线性递增;（2）青岛附近海域的SST存在明显的2.1～2.7年、3.8～5.0年的变化周期以及30年以上的长周期震荡;（3）青岛附近海域的SST存在明显的突变形势,且突变期为20世纪80年代末期至90年初期;逐夏季SST的突变期为1988年;逐冬季SST的突变期为1992年前后。     

Moisture transport across Central America as a positive feedback on abrupt climatic changes

Moisture transport from the Atlantic to the Pacific ocean across Central America leads to relatively high salinities in the North Atlantic Ocean and contributes to the formation of North Atlantic Deep Water. This deep water formation varied strongly between Dansgaard/Oeschger interstadials and Heinrich events-millennial-scale abrupt warm and cold events, respectively, during the last glacial period. Increases in the moisture transport across Central America have been proposed to coincide with northerly shifts of the Intertropical Convergence Zone and with Dansgaard/Oeschger interstadials, with opposite changes for Heinrich events. Here we reconstruct sea surface salinities in the eastern equatorial Pacific Ocean over the past 90,000 years by comparing palaeotemperature estimates from alkenones and Mg/Ca ratios with foraminiferal oxygen isotope ratios that vary with both temperature and salinity. We detect millennial-scale fluctuations of sea surface salinities in the eastern equatorial Pacific Ocean of up to two to four practical salinity units. High salinities are associated with the southward migration of the tropical Atlantic Intertropical Convergence Zone, coinciding with Heinrich events and with Greenland stadials. The amplitudes of these salinity variations are significantly larger on the Pacific side of the Panama isthmus, as inferred from a comparison of our data with a palaeoclimate record from the Caribbean basin. We conclude that millennial-scale fluctuations of moisture transport constitute an important feedback mechanism for abrupt climate changes, modulating the North Atlantic freshwater budget and hence North Atlantic Deep Water formation.     

近50年青岛地面风速、气温的变化周期及突变形势分析

利用来自青岛地区近50年的地面观测资料,对该地区地面风速、气温的长期变化趋势进行分析,主要分析了变化周期、突变现象等。研究发现：（1）青岛地区逐年平均的地面风速、气温存在多种尺度的显著性变化周期。气温具有显著的2.1年至2.7年、3.6年至5.3年的变化周期以及32年以上的长周期震荡;风速存在显著的2年至4年的变化周期以及16年以上的长周期震荡。（2）1月、7月的地面气温、风速均存在显著性变化周期。（3）青岛地区的地面气温在近50年期间存在显著的突变现象,突变期为1989年;地面风速在近50年期间并不存在显著的突变形势。（4）青岛地区的地面气温在冬季的突变期为1986年,夏季的突变期为20世纪70年代后期和20世纪80年代初期;青岛地区的地面风速在冬季不存在显著的突变现象,夏季的突变期为2003年。     

Strong hemispheric coupling of glacial climate through freshwater discharge and ocean circulation

The climate of the last glacial period was extremely variable, characterized by abrupt warming events in the Northern Hemisphere, accompanied by slower temperature changes in Antarctica and variations of global sea level. It is generally accepted that this millennial-scale climate variability was caused by abrupt changes in the ocean thermohaline circulation. Here we use a coupled ocean-atmosphere-sea ice model to show that freshwater discharge into the North Atlantic Ocean, in addition to a reduction of the thermohaline circulation, has a direct effect on Southern Ocean temperature. The related anomalous oceanic southward heat transport arises from a zonal density gradient in the subtropical North Atlantic caused by a fast wave-adjustment process. We present an extended and quantitative bipolar seesaw concept that explains the timing and amplitude of Greenland and Antarctic temperature changes, the slow changes in Antarctic temperature and its similarity to sea level, as well as a possible time lag of sea level with respect to Antarctic temperature during Marine Isotope Stage 3.     

An abrupt climate event in a coupled ocean-atmosphere simulation without external forcing

Temperature reconstructions from the North Atlantic region indicate frequent abrupt and severe climate fluctuations during the last glacial and Holocene periods. The driving forces for these events are unclear and coupled atmosphere-ocean models of global circulation have only simulated such events by inserting large amounts of fresh water into the northern North Atlantic Ocean. Here we report a drastic cooling event in a 15,000-yr simulation of global circulation with present-day climate conditions without the use of such external forcing. In our simulation, the annual average surface temperature near southern Greenland spontaneously fell 6-10 standard deviations below its mean value for a period of 30-40 yr. The event was triggered by a persistent northwesterly wind that transported large amounts of buoyant cold and fresh water into the northern North Atlantic Ocean. Oceanic convection shut down in response to this flow, concentrating the entire cooling of the northern North Atlantic by the colder atmosphere in the uppermost ocean layer. Given the similarity between our simulation and observed records of rapid cooling events, our results indicate that internal atmospheric variability alone could have generated the extreme climate disruptions in this region.     

Low Atlantic hurricane activity in the 1970s and 1980s compared to the past 270 years

Hurricane activity in the North Atlantic Ocean has increased significantly since 1995 (refs 1, 2). This trend has been attributed to both anthropogenically induced climate change and natural variability, but the primary cause remains uncertain. Changes in the frequency and intensity of hurricanes in the past can provide insights into the factors that influence hurricane activity, but reliable observations of hurricane activity in the North Atlantic only cover the past few decades. Here we construct a record of the frequency of major Atlantic hurricanes over the past 270 years using proxy records of vertical wind shear and sea surface temperature (the main controls on the formation of major hurricanes in this region) from corals and a marine sediment core. The record indicates that the average frequency of major hurricanes decreased gradually from the 1760s until the early 1990s, reaching anomalously low values during the 1970s and 1980s. Furthermore, the phase of enhanced hurricane activity since 1995 is not unusual compared to other periods of high hurricane activity in the record and thus appears to represent a recovery to normal hurricane activity, rather than a direct response to increasing sea surface temperature. Comparison of the record with a reconstruction of vertical wind shear indicates that variability in this parameter primarily controlled the frequency of major hurricanes in the Atlantic over the past 270 years, suggesting that changes in the magnitude of vertical wind shear will have a significant influence on future hurricane activity.