海气耦合方式对月尺度气候模拟场的影响

将一个海洋表层流模式与ｐσ混合坐标系球带大气模式耦合，进行了三种月尺度的海气耦合试验，讨论了海气耦合方式对模拟结果的影响.表明，在一个月的时间尺度内，海温的变化主要受大气和海洋间的热交换影响，海流的影响是次一级的.因此，无海流的海气耦合方式足以描述月尺度的海温变化.但海流引起的海温对月尺度气候场的模拟特征还是有影响的，特别是东半球的夏季风系统有较敏感的响应.     

大气环流对冬季黑潮延伸体海温异常的响应

利用全球大气环流模式CAM3,研究了冬季北半球大气环流和东亚副热带西风急流对同期黑潮延伸体海温异常增暖响应的敏感性及东亚西风急流的响应机理.结果表明,模式能较好地刻画冬季黑潮延伸体海温异常增暖导致的北半球大气环流异常,特别是中纬地区大气环流异常“+、-”相问的分布特征.中高纬是大气对冬季黑潮延伸体海温异常响应的敏感区,...     

波致混合对热带太平洋海气耦合模式中冷舌模拟的改进

非通量调整的大气海洋环流耦合数值模式所模拟的赤道太平洋表层海温（SST）的冷舌偏冷并且过于西伸是一个共性问题．文中在全球大气-海洋环流耦合数值模式FGCM-0中考虑了波致混合的作用后，赤道太平洋地区的SST模拟结果有了显著的改善，在（160—180°E，0—3°N）海域内SST升高在0.8℃以上且最大可达1.2℃．这有效地抑制了冷舌西伸，即赤道太平洋冷舌过于西伸的问题有所改善，26.0℃等温线在赤道附近的顶点从165°E东移至180°E以东，大约向东移动了1650km，这样所模拟的SST更接近于观测．对模拟结果分析表明：耦合模式中SST、近海面大气环流、海洋表层水平环流、海洋表层上升流等要素的距平场是相互间动力协调的，对于改善赤道冷舌模拟偏冷问题是正反馈，而耦合模式中海气热通量距平对改善赤道冷舌模拟偏冷问题是一种负反馈．     

卫星多通道观测揭示的东北冷涡异常特征（OLR,HIRS-Tb12, ERB,VIS, SSMR和SSM/I的观测研究）

利用美国气象卫星OLR, HIRS-Tb12, ERB, VIS, SSMR和SSM/I多通道的观测资料,分析了东北冷涡异常年的全球大气环流特征及其关键地区的先兆特征;对于东北冷涡异常,发现了有一个由北半球的海冰,赤道东太平洋的海温,亚洲的季风以及东北地区地气系统辐射收支组成的影响链存在。由此讨论了影响链上的各因子对东北冷涡异常的作用。结果表明多通道卫星观测资料的综合应用在气候变化的研究和预测中有着重要的意义。     

卫星多通道观测揭示的东北冷涡异常特征

利用美国气象卫星OLR，HIRS-Tb12,ERB,VIS,SSMR和SSM/I多通道的观测资料，分析了东北冷涡异常年的全球大气环流特征及其关键地区的先兆特征；对于东北冷涡异常，发现了有一个由北半球的海冰，赤道东太平洋的海温，亚洲的季风以及东北地区地气系统辐射收支组成的影响链存在。由此讨论了影响链上的各因子对东北冷涡异常的作用。结果表明多通道卫星观测资料的综合应用在气候变化的研究和预测中有着重要的意义。     

海洋动力系统数值模式体系及海浪-环流耦合理论

从系统科学的观点出发,把海洋运动按照时空尺度分解成小尺度(以海浪为代表)子系统、中尺度(以内波为代表)子系统、大尺度(以大洋波动和环流为代表)子系统,并把海洋和大气之间通过近海面海洋大气层进行相互作用的部分称为近海面海洋大气边界层子系统。考虑各子系统之间的相互作用,提出了从海洋动力系统观点出发发展海洋数值模式体系的科学思路。通过考虑海浪对环流的垂向混合作用,将海浪的运动混合作用解析表达为可以通过海浪数值模式直接计算的海浪谱形式,建立了海浪-环流耦合理论。这一理论不仅将普林斯顿环流模式全球上100米的模拟海温与Levitus资料之间的平均相关系数从0.58提高到了0.76,而且加深了我们对中国近海海洋环流系统的理解,同时对气候模式热带偏差这一共性问题有显著改善。该理论对海洋环境预报和全球气候变化预测具有重要意义。     

副热带太平洋海温异常对赤道海洋的影响

利用完全耦合的气候模式进行敏感性试验, 定量研究副热带太平洋不同经度带的海表面温度异常(SSTA)对赤道太平洋的影响。研究发现, 赤道表层和温跃层海温对副热带太平洋(20°?30°N)西部、中部和东部SSTA的热力响应是相当的。 研究中强调大气?海洋耦合在副热带SSTA影响赤道温跃层过程中的决定性作用, 并提出一种间接的、较“海洋通道”机制更为快速的机制: 副热带SSTA引发局地大气的气旋性响应, 继而引起局地海洋内区的上升流和其面向赤道一侧海洋内区的下沉流, 该下沉流造成的局部温跃层暖异常向着赤道传播, 导致赤道温跃层增暖。     

副热带太平洋海温异常对赤道海洋的影响

利用完全耦合的气候模式进行敏感性试验,定量研究副热带太平洋不同经度带的海表面温度异常(SSTA)对赤道太平洋的影响。研究发现,赤道表层和温跃层海温对副热带太平洋(20°—30°N)西部、中部和东部SSTA的热力响应是相当的。研究中强调大气海洋耦合在副热带SSTA影响赤道温跃层过程中的决定性作用,并提出一种间接的、较"海洋通道"机制更为快速的机制:副热带SSTA引发局地大气的气旋性响应,继而引起局地海洋内区的上升流和其面向赤道一侧海洋内区的下沉流,该下沉流造成的局部温跃层暖异常向着赤道传播,导致赤道温跃层增暖。     

与热盐环流相关的海温异常对大西洋沿岸气候影响的诊断模拟研究

THC（热盐环流）的变化对全球气候的影响在大西洋地区最为显著,Manabe利用淡水强迫THC引起海温变化的信号也主要集中在大西洋,并呈dipole（耦极）模态分布．文中根据Manabe淡水强迫THC实验结果,给定北大西洋冷,南大西洋暖的海温距平分布代表弱THC,以相反海温距平分布代表强THC,利用大西洋这两种异常海温来驱动大气环流模式,研究这两种海温异常分布所代表的THC强弱变化对大西洋沿岸气候的影响,并且选出5个降水对THC变化敏感的地区,利用这些地区观测的降水资料拟合一个反映THC强弱变化的综合指数THCI,该综合指数能有效反映近100年THC变化的主要特征。     

信息扩散模型及其海温序列插值应用

针对海洋观测资料中实际存在的数据缺损、零散等小样本问题,引入信息扩散原理,并通过遗传算法对其扩散系数的选取进行规范和改进,建立了遗传优化的新信息扩散模型,该模型通过对非规则、非对称的贫乏样本数据进行模糊化处理,可实现对其中蕴含信息的概率扩散。为验证新优化算法的可行性和有效性,选取美国国家环境预报中心和国家大气研究中心1982年1月至2011年10月间海温场月平均再分析资料作为样本数据,运用本文模型进行了多组不同样本容量的海温资料时间序列插值试验,并与传统的正态信息扩散模型和最优信息扩散模型进行对比分析。结果表明,新扩散模型在一定比例缺测的情况下能够较好地插补填充原海温时间序列,可为海洋稀疏数据的客观分析及应用提供参考。     

海洋环流模式研究回顾与展望

大洋环流的强度变化,对区域乃至全球气候有重要影响.综述了在过去50年中,海洋模式的发展.经过了几代人的开发,国内外全球大洋环流模式、近海和区域环流模式都有了很大改进,能较好地模拟大洋海面温度和高度的分布、海流分布以及El Nino和La Nina的演变过程等.但是,由于观测资料的短缺,数值模式开发还不够完善,海洋边界流的模拟仍不够好.有些探索是基于压力坐标的、非Boussinesq近似的海洋环流模式;将海洋模式的开边界以余流和潮流合成给出,能保证整个计算区域内水量进出的平衡;摒弃刚盖模型,用自由表面模型取而代之,以及借助海洋资料同化系统,开发海气耦合模式,都是海洋环流模式的发展方向.众多研究认为,不断改进和完善动力框架和各种差分格式的设计将有助于提高海洋环流模式的模拟能力.     

FGCM-1.0耦合模式对热带印度洋偶极子的模拟

分析了由中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG)新近发展的耦合气候系统模式(FGCM-1.0)已积分300a的结果中40a模拟结果,通过与多种观测资料的对比分析,讨论了热带印度洋海温的气候变率特征,并对气候变率中存在的热带印度洋偶极子(IOD)进行了重点讨论.结果表明:该模式能够模拟出热带印度洋海表温度距平(SS-TA)气候变化的整体一致性和偶极性的特征,可以模拟出IOD出现的不规则年际变化特点;模拟的IOD表现为1至5a周期变化,其中具有统计性检验的周期集中在1至3a之间;模拟的IOD存在季节位相锁定,其主要发生在8至10月份,在10至12月份发展到盛期;该模式较好地模拟出IOD期间热带印度洋东西相反的海面高度距平分布以及表层洋流距平的分布;该模式能够再现IOD期间海表面风应力异常和海-气界面热通量异常的基本分布特征.但FGCM-1.0模式也存在一些不足之处,对热带印度洋SSTA整体一致性变化的模拟偏弱,对SSTA的偶极性变化模拟偏强;模式模拟的IOD的发生和发展要滞后观测约2至3个月.     

气候变化背景下渤黄海海温时空特征分析

【目的】研究渤黄海海温时空变化特征及其与全球海温的关系。【方法】采用相关分析、小波分析等方法,对1985—2015年渤黄海海洋站的海温观测资料进行分析。【结果】渤海是中国内海,沿岸海温受陆地影响显著,变化幅度大,对气温响应快;黄海作为太平洋的边缘海,与外海水体交换通畅,水温变化幅度相对较小,水温变化与渤海相比具有一定的滞后性;各站海温变化周期特征不尽相同,但在2000年以后各站均有较为明显的8年周期;渤黄海海温与全球大部分海域一致,近30年呈现上升趋势,但上升速率与同纬度太平洋和大西洋相比较低,黄海海温上升速率高于渤海。【结论】渤黄海海温具有明显的月际、年际和周期变化特征,受海陆分布等因素影响渤黄海海温对气候变暖的响应低于同纬度太平洋和大西洋。     

万山群岛海面风形成原因与局地特征

通过大万山海洋站和珠海海洋站2002～2007年的实时风观测资料,采用气象学与数理统计学相结合的方法,对万山群岛海域海面风形成的原因与局地特征进行研究与分析,结果表明季风是万山群岛海面风形成的主要原因,每年1月、11月和12月以偏北风为主,4～9月以东南风为主：海陆风、东北信风、台风和局地对流引起的海岛风也是万山群岛海面风形成的原因之一,但在全年中不占主导地位;海陆风和海岛风是万山群岛海面风的局地特征。     

海面风速微波辐射测量

海面风速是主要的海洋要素之一。海面风速的测量研究对于海洋微波遥感来说是非常重要的。研究内容是通过现场实验获取资料,进行理论分析和研究,为完整理论模式的建立等积累必须的基本数据。自 １９７８年发射 Ｓｅａｓａｔ和 Ｎｉｍｂｕｓ－７~(［１－５］)卫星以来,许多研究者即对应用微波辐射计测量并提取海面风速信息进行了大量研究。１测量原理 在海洋表面的无源微波遥感中,测量到的为视在温度,利用视在温度可确定海洋表面亮度温度。在微波波段,亮温与亮度成正比,同时亮度描述的是单位立体角,单位面积的辐射功率。亮温在一定条…     

冬季太平洋海表温度与北半球中纬度大气环流异常的共变模态

根据近50年的全球海洋和大气再分析资料,利用奇异值分解和子波变换分析方法及绕极涡分析途径,揭示了冬季太平洋海表温度（SST）与北半球中纬度大气环流异常共变模态的时空特征．结果表明,冬季太平洋SST与北半球中纬度大气环流异常之间主要表现为两种时空结构显著不同的共变模态,即年际的ENSO模态和准20a时间尺度的年代际北太平洋模态．二者在空间结构上具有明显差异．对于年际ENSO模态,海洋异常表现为典型的ENSO型SST异常分布．其主信号在热带中东太平洋,次信号在北太平洋,两者变化位相相反;大气异常主要为PNA型波列,局限于太平洋一北美地区,具有局域性特征,对于年代际北太平洋模态,SST异常则主要限于中纬度北太平洋地区,表现为北太平洋中西部与北美西岸SST异常呈反相变化;大气异常则表现为整个中纬度西风带上纬向波列分布,具有纬向全球性特征,即不仅与PNA遥相关型联系,而且与太平洋上游的欧亚大气环流异常也有密切关系,当中纬度北太平洋异常冷时,则中纬度大气整个定常槽脊系统加强,反之,则减弱．进一步对大西洋分析表明,年代际北太平洋模态的产生很有可能与“两个海洋与一个大气”的耦合相互作用机制有关．     

海洋科技面面观

海洋观测利用海洋观测卫星,通过卫星上配置的红外辐射计和海岸带彩色扫描仪,来观测洋面水色和温度,以获得精确的海面水色图,用以估算海洋生产力,为资源调查和渔业服务。海洋遥感利用遥感技术对海洋进行全方位的监测,包括电磁波遥感(利用可见光、红外线和微波感测海面特征)和声学遥感(利用声波感测水下的海洋     

海南岛霾高发月异常年的海气特征

利用海南岛18个国家地面气象站1981—2014年的气象观测资料和再分析资料,分析了海南岛霾的时空分布特征和霾高发月异常年的大气环流和海洋表面温度特征,为霾的月气候预测提供依据.结果表明：海南岛霾日多发生于当年10月至翌年2月,当年12月最多.各地霾高发月的霾日数以北部内陆和中部山区较多,东南部沿海地区几乎没有霾出现.霾高发月异常年的海气特征具有一定的相似性.大部分月份（10月除外）霾偏多（少）年一般呈现出类似拉尼娜（厄尔尼诺）状态年的海温分布型,使850 hPa风场上海南岛受到异常的偏北（南）气流控制,有利于（不利于）我国大陆地区污染物向海南岛的输送,并使降水减少（增多）削弱（增强）其对污染物的清除作用;霾偏多年500 hPa位势高度场上海南岛为正距平,不利于污染物的垂直扩散,有利于霾日数偏多.但不同月份的霾偏多、偏少年这些异常特征的配置有所不同.     

ENSO和NAT对河南汛期降水的协同影响

利用1981—2020年河南夏季114站降水资料和欧洲中心第五代再分析资料,通过合成分析、t检验等气候诊断方法,对河南汛期降水异常大气环流特征及其早期驱动因子进行分析.合成分析结果表明：河南汛期降水偏多年,强盛的南亚高压与低层气旋性异常环流配合,利于高空风场辐散及大气的上升运动;河南上游的气旋性异常环流不断输送冷空气,并与西伸偏强的西太平洋副热带高压配合,使得南海、孟加拉湾和西太平洋有水汽输送至河南,而汛期降水偏少年仅有西太平洋的水汽输送至河南;汛期降水偏多年对应太平洋海温从厄尔尼诺转为拉尼娜和冬季到夏季持续的北大西洋三极子负位相.经波作用通量诊断结果表明：大西洋和太平洋的海温异常上空向西太平洋输送波通量,使得西太平洋副热带高压加强西伸北抬,进而形成有利于河南汛期降水的水汽输送异常和大气环流.     

厄尔尼诺事件爆发的关键先兆因子:2014年初赤道太平洋次表层暖水的快速东传过程(英文)

厄尔尼诺是发生在热带中东太平洋海温异常增暖的气候现象,它是月到年际尺度全球气候变化中最重要和最强的信号.厄尔尼诺虽然发生在热带太平洋地区,但其影响却波及全球,对全球气候的短期变化有重要影响,造成世界上许多地区发生严重的旱涝和高低温灾害.2014年初,热带太平洋明显出现了厄尔尼诺事件爆发的一些前期物理信号,这些大气和海洋中呈现的前兆信号与爆发超级厄尔尼诺事件的1997年同期非常相似.本文利用卫星观测的高度计资料,精确地估计了表征次表层暖水东传过程的赤道开尔文波的变化.结果表明,相比自有1993年海表高度计卫星观测以来的6次厄尔尼诺事件,2014年3月赤道太平洋的开尔文波的向东传播速度是同期最快的,甚至明显地超过了1997年的超级厄尔尼诺事件.这些特征集中表明,2014年初的次表层暖水快速东传的现象,使得热带中东太平洋海表温度在未来几个月明显增暖,促使2014年爆发一次厄尔尼诺事件.