南黄海现代沉积环境及动力沉积体系

基于南黄海600多个表层沉积物样品的研究和对前人大量沉积学资料及水文学资料的分析, 阐述了南黄海现代沉积环境和动力沉积体系特征, 对存在广泛争议的泥质沉积物形成机制进行了探讨. 南黄海陆架可分为弱动力(低能)沉积环境和强动力(高能)环境, 低能沉积环境进一步划分为气旋型和反气旋型涡旋两种环境;高能环境则分为高能沉积环境和高能侵蚀环境. 陆架低能环境发育了泥质沉积体系. 在南黄海中部, 受海域中尺度气旋型涡旋(冷涡)的控制, 发育了冷涡泥质沉积体系, 而在南黄海东南部受反气旋型涡旋(暖涡)控制则形成了反气旋型涡旋泥质沉积体系(暖涡沉积). 二者在粒度、沉积速率、沉积厚度和矿物学特征上有明显区别. 陆架高能沉积环境发育了砂质沉积, 集中分布在南黄海的西部、南部及东北部海区, 在高能侵蚀环境区分布着大量砂岩砾石. 高能沉积环境中原有的细粒物质(黏土、细粉砂等)逐渐被悬浮、搬运至低能区沉积. 还建立了气旋型涡旋和反气旋型涡旋泥质沉积作用模式, 对南黄海泥质沉积体系的成因给出了系统的解释.     

台湾岛东南准稳态兰屿冷涡的初次记录

对卫星跟踪表层漂流浮标、卫星高度计和遥感SST图像资料的分析均发现, 1996年3月前后在台湾岛东南、恒春半岛与兰屿之间有一个大型的气旋型黑潮锋面冷涡. 该冷涡的水平尺度在纬向和经 向分别可以达到70和100 km左右, 并伴随有黑潮在兰屿附近相应的离岸蛇形. 冷涡与常见的黑潮锋面涡不同, 在兰屿一带呈准稳态滞留, 时间达两个月以上. 有证据表明, 冷涡滞留期间, 黑潮可能呈套状侵入南海，而且类似的涡旋在同一位置不时发生. 对比此前墨西哥湾的相关研究, 兰屿锋面涡应是美国佛罗里达半岛南端Tortugas涡的南海版本. 蛇行的黑潮在离开南海时所发生的超射和位涡守恒是冷涡形成的可能原因.     

夏季西北太平洋等位势密度面上的副热带逆流

用P-矢量诊断方法对西北太平洋等位势密度面上的地转环流进行了研究;所用的资料是美国海军0.5°× 0.5°水平分辨率的月平均温度和盐度资料,该资料源自美国海军收集的 1930～1997年期间的实测数据.计算结果不仅显现出西北太平洋等位势密度（σθ）面上的主要流系,如北赤道流、黑潮和黑潮逆流等,而且还特别清楚地揭示出副热带逆流.主要讨论夏季（6月份）副热带逆流的分布特征.6月份,副热带逆流弯弯曲曲连续地自西向东流动;在较浅的σθ面上,副热带逆流的源地向西可以一直追溯到巴士海峡以东大约122°E左右;随着σθ的增加,副热带逆流的源头和流核均向北向东迁移,但主要部分仍位于18°～23.5°N,即北回归线附近.在海面至σθ=25.8 kg/m3之间均存在副热带逆流.位势涡度分布清楚地表明,副热带逆流流核位于副热带模态水南边界的上面.     

2003与2002:大幅度冬季温度异常反转事件及其异常大气环流

揭示了2003年与2002年冬季发生于北半球中高纬区以及澳大利亚南部等地大幅度温度异常反转事件(LTAR),在该次事件中欧亚大陆北部和北美大陆同时由2002年初的冬季异常暖事件突转为2003年的异常冷,而北太平洋和澳大利亚南部则由异常冷突转为异常暖,研究了该次事件的异常大气环流背景.发现北太平洋区的异常气旋式环流系统和欧洲北部的异常反气旋式环流系统是关键角色,这两个环流系统都有遥相关波列与之相联系.这样一个气旋式和一个反气旋式异常流型两个系统的耦合就是造成这次大幅度温度异常反转事件的主要原因.与北太平洋的异常环流系统相联系的波列很重要,可以称为北太平洋-西太平洋-澳大利亚异常波列(NPWPA),而且,澳大利亚以南的温度由负到正的异常转变很可能与这个波列以及南半球高纬区的纵向异常波列有关.     

与北大西洋接壤的北极海冰和年际气候变化

冬季与北大西洋接壤的北极海冰面积变化与北大西洋区域气候变化有着非常密切的联系。当冬季北大西洋涛动指数处于民常偏高（低）时期,冰岛低涡加深（减弱）位置偏北（南）,北大西洋副热带高压也偏强（弱）,并且位置也偏北（南）,导致中纬向西风偏强（弱）,受其影响中纬度北大西洋海温升高（降低）,因而增强（减弱）暖洋流向高纬度区域输送,流入巴伦支海的北大西洋海水增多（减少）,致使巴伦支海南部混合层水温偏高（偏低）;     

春季北极涛动对南海气候的影响

利用1979~2013年月降水量和NCEP再分析大气环流资料,分析了春季(3~5月)北极涛动对南海气候变率的可能影响.结果表明,春季南海多气候要素主导模态的时间系数与同期北极涛动指数相关系数达?0.4,超过95%的信度水平,二者反位相的特征在年际尺度上更加明显.当北极涛动指数为正异常时,西太平洋副热带高压减弱,热带西太平洋有异常气旋式环流,南海地区偏南风减弱,南海大部分地区降水增多,北部到华南地区降水减少,北极涛动指数为负异常时情况则相反.北极涛动可由两条途径影响南海地区气候,一是通过青藏高原南侧西风急流的波列,二是通过北太平洋西风急流区南北侧的偶极型环流异常.南海地区环流和气候的异常与这两条途径的相对强弱和配置有关,当高原南侧波列异常偏强同时北太平洋偶极型异常偏弱时,二者共同作用可增强西太平洋副热带高压和南海地区异常反气旋环流,导致降水的显著减少.当北极涛动指数为正异常时,北太平洋偶极型南支的气旋还可触发热带地区海气相互作用间接影响南海气候.     

北太平洋副热带环流的经向输送与Sverdrup输送关系研究

基于再分析资料, 比较了应用流速资料直接计算的和基于Sverdrup关系应用风应力资料估算的北太平洋副热带环流的经向体积输送的差异. 结果表明在海洋内区气候平均状态下, Sverdrup输运与实际的北太平洋副热带环流的经向体积输送相差甚小. 对于北太平洋副热带环流的经向体积输送的10 年际变化特征, 由于海洋环流对风应力变化的响应只有当第一模态斜压Rossby波到达西边界后才能完成, 所以当应用该延迟时间修正了Sverdrup输运函数后, 修正后的Sverdrup输运与实际的经向输送的十年际变化趋势就有了很好的相关性, 特别是在西边界附近. 结果表明Sverdrup平衡不仅在气候平均意义下是副热带内区环流很好的近似, 而且当考虑了第一斜压模态Rossby波的传播时间后, Sverdrup平衡也可以很好地估计海洋环流随时间变化的特征.     

徘徊在热带洋面上的风魔

在广阔的地球洋面上，除大西洋南部以外，热带或副热带洋面上都会发生气旋性涡旋。关于它的名称，长期以来世界各地说法不一：凡出现在西北太平洋（180°E以西）和我国南海的热带气旋被称为“台风”；发生在大西洋、墨西哥湾、加勒比海和北太平洋东部（1800E以东）的热带气旋被称为“飓风”。     

赤道西太平洋冬季环流对南亚夏季风的滞后影响

基于月平均NCEP/NACR（美国国家环境预报中心和国家大气研究中心）再分析资料（1958-1997年）,通过合成、相关以及统计显著性检验方法,研究了赤道西太平洋区域冬季环流状况与后期南亚夏季风环流变化的关系。结果表明,冬季赤道西太平洋区域气候变化将对后期南亚季风产生显著的影响,并且,这种滞后影响随着季节的推移明显具有北移西伸的特征。冬季赤道西太平洋海平面气压异常偏高（低）,同期,在西北太平洋海域存在反气旋（气旋）环流异常,随着时间的推移,该反气旋（气旋0环流异常向东北方向移动,并且东西方向的轴线进一步伸长,致使其南部的东风（西风）异常不断北移并且向西扩展到印度半岛附近,进而导致南亚夏季风偏弱（强）。     

澳大利亚东侧海温: 西北太平洋热带气旋生成频数的预测信号？

通过观测资料分析, 研究了澳大利亚东侧海表温度(SST)与西北太平洋热带气旋频数的关系, 发现春季澳大利亚东侧SST与6~10月西北太平洋热带气旋频数之间具有显著的反位相变化关系. 研究进一步揭示, 当澳大利亚东侧春季SST异常偏高时, 6~10月西北太平洋高层为气旋型环流异常, 低层为反气旋型环流异常; 大气异常下沉从而抑制对流活动; 纬向风垂直切变加大. 这种环流背景不利于西北太平洋热带气旋的生成和发展, 西北太平洋热带气旋因而偏少, 反之亦然. 春季澳大利亚东侧SST可能通过南北半球大气遥相关引起同期热带环流异常, 进而影响随后西北太平洋区域大气环流的变化.     

1998年夏季南海环流

基于１９９８年夏季的温盐深（ＣＴＤ）和气象观测资料,采用改进逆方法计算了南海海流的流速和流量,并结合声学Ｄｏｐｐｌｅｒ测流（ＡＤＣＰ）资料分析了南海环流特征。结果如下：（１）南海东北部环流最重要的特征是黑潮有一个分支入侵南海,但流量不大。该分支作反气旋式弯曲通过巴士海峡流向台湾以南海域,而没有入侵南海内部;（２）南海北部海区主要受气旋式五流系统所支配,并伴随有两个冷涡;（３）南海中部、西南部海区主     

亚洲-太平洋涛动变化与北太平洋海温异常的联系

通过对观测资料的分析, 初步探讨了夏季(6~8月平均)亚洲-太平洋涛动(APO)变化和北太平洋海表温度(SST)异常的关系, 发现APO强弱的年际变化与北太平洋SST之间存在显著的正相关关系(1954~2003年间年际变化的相关系数为0.58). 夏季APO偏强(弱)时, 北太平洋SST往往偏高(低). 与APO异常相关联的动力和热力条件佐证了APO和北太平洋SST的同位相变化关系. 当APO处于正位相时, 高空东亚西风急流减弱, 北太平洋对流层低层为异常反气旋型环流控制. 此外, 北太平洋区域感热潜热通量出现负异常, 海洋得到热量, 同时, 暖水向北的异常平流输送增强. 这些变化均有利于北太平洋SST增暖, 反之亦然.     

基于11年高度计资料的南海表层环流时空变化

使用11年较高分辨率卫星高度计资料，应用经验正交函数（EOF）分析，得到南海表层环流的空间模态及其时间演变过程．前3个模态呈现明显的季节变化特征，EOF1模态显示出南海海盆大尺度的闭合环流，峰值和谷值分别出现在11月份和4月份；EOF2描述次海盆尺度同向双涡结构，涡旋中心分别位于吕宋岛西面和中南半岛东南外海，峰值和谷值在7～8月份和1月份：EOF3描述南海西部的中尺度涡结构，它在7-9月迅速发展为一个强的气旋涡．季节变化明显的EOF1和EOF3两个模态也受到年际变化的调节，表明南海表层环流年际变化受E1 Nino和南方涛动（ENSO）事件影响显著，特别是1997／1998年强E1 Nino事件明显改变了南海的常态环流结构．EOF分析也显示，南海西边界有一系列气旋和反气旋相间的中尺度涡，呈现季节内变化和年际变化特征．     

冬季南海温跃层通风的证据

通过对Levitus气候平均的海洋温度盐度资料分析,在认识南海混合层季节演变特征的基础上,探讨了南海温跃层的结构,揭示了南海北部冬季温跃层通风现象。分析表明,冬季南海北部温跃层的主要通风层次为22．0－23．5的等密面,其下是未通风温跃层。冬季南海温跃层的通风过程伴随着北部混合层的水团在抬头线下沉并向南运动。在水平结构上,上述信号沿着等位势涡度线运动,维持位势涡度守恒。     

日本福岛放射性污染物在北太平洋海水中的输运模拟与预测

针对2011年3月11日地震和海啸引发的日本福岛核电站放射性污染物泄漏事件,利用ROMS海洋模式对北太平洋海洋环流进行了模拟,并在该海洋环流数值模拟结果基础上,对核泄漏物质在海洋中的输运过程进行了10年的中长期模拟和预测.模拟结果显示:放射性污染物通过北太平洋低位涡水的输运通道到达我国近海的时间约为12年;表层放射性污染物随着海流最远输运到140°W后便分为南北两支,南支随着赤道流系向西输运,可以影响到菲律宾以东洋面,北支到达北美西海岸后随沿岸流向南北输运,北向输运可以影响到白令海峡;200m层的放射性污染物进入海洋后的输运分为3个部分:一部分沿深层海水流动向西南输运;一部分随低位涡水团输运影响台湾以东海区;还有一部分随黑潮延伸体向东输运,并分为两支,其中一支会输运到北美西海岸,另外一支向南影响到夏威夷岛周围海域.最后,结合污染物漂移扩散模型估算了放射性污染物在海洋中的浓度扩散趋势:放射性同位素137Cs的浓度高值区逐渐向东移动,2年后可达太平洋海盆中部,8年后可达北美西海岸,虽然影响范围不断扩大,但其极值浓度在不断降低.     

冬季西北太平洋阿留申低压-南北向海温差-西风急流正反馈过程分析

采用NCEP再分析月平均资料和SODA再分析月平均资料, 对冬季西北太平洋海洋-大气相互作用过程进行了分析. 针对阿留申低压、500 hPa西风急流、南北向海表面温度(SST)差, 分别选择了研究的关键区, 定义了阿留申低压指数、西风指数和黑潮影响区与亲潮影响区的海温差. 通过这些指数序列的相关分析以及对上层海洋动力、热力特征的分析, 得到: 阿留申低压增强时, 其西侧北风增强, 海洋上层的副极地环流圈增强, 上层海洋对低温海水的平流输送增强, 使亲潮影响区SST下降, 加大了南北向海表面温差. 海表面温差的增大, 使位于其上空的西风急流加强, 西风急流的增强使位于急流出口区左侧下方海面上阿留申低压的加强, 形成一个正反馈过程.     

西太平洋海水~3He过剩及分布

大西洋和东太平洋隆起海水氦同位素研究证明:注入海洋的地幔氦作为独特的示踪剂可以用来描述海洋的深水环流及不同水团的混合作用。远离气源的过剩~3He可以认为是守恒的,富集~3He的中层水通过斜温层的变化和垂直混合等过程均可在上层水中产生可测量的     

理想海底地形的南海海洋经向翻转数值模拟

利用一个z坐标刚盖近似海洋环流模式, 分别在吕宋-台湾以东的闭边界和开边界两种情况下, 模拟了理想海底地形(1000 m平底)南海冬季和夏季上层环流的经向翻转(meridional overturning), 目的是为了分析黑潮入侵南海的可能影响范围及其对南海上层环流经向翻转的改变, 并比较这种影响的季节性差异. 模式采用气候平均的海面风场驱动, 热盐强迫采用基于向Levitus气候海面温度和盐度张弛的边界条件. 从模拟结果来看, 黑潮影响南海上层经向翻转的范围可达到10°N左右, 从而驱动南海上层海洋形成一个不闭合的经向翻转. 在冬季(1月份), 海水从大约400 ~ 500 m深处自北向南输送, 并且逐步上升, 在表层返回北部; 在夏季(6月份), 也有类似的情形, 海水从大约150 ~ 200 m深处自北向南输送, 并且逐步上升, 在表层返回北部. 该经向翻转描述了南海中、上层水的运动路径, 为研究南海风生-热盐环流动力学提供了理想化的参考依据.     

西北太平洋台风生成频次与南极涛动的关系

研究了西北太平洋台风生成频次(WNPTN)和南极涛动(AAO)的关系, 发现6~9月AAO和西北太平洋台风生成频次(WNPTN)具有显著的反相关关系(1949~1998年期间年际变化的相关系数−.48). 还分析了和AAO的变化相联系的热带西太平洋大气环流和海温的变化, 结果表明: 当AAO处于正位相时, 西北太平洋区纬向风的垂直切变幅度加大, 对流层低层为异常反气旋环流并且涡度异常为负值, 而高层为异常气旋环流并且涡度异常为正值, 海表温度降低, 这些变化均不利于台风生成和发展. 反之亦然.     

卫星资料揭示的春季黑潮海区海洋对大气的影响及其机制研究

采用最新的高分辨率卫星观测资料研究了春季西北太平洋黑潮海区海洋与大气之间的关系, 特别是海洋锋区上海气之间的关系. 资料分析表明, 黑潮海洋锋区上海温与海表面风速之间存在明显的正相关关系, 特别是当海洋锋区强并在其上产生明显的海洋波动时, 海温与海表面风速之间的正相关关系表现得更为显著. 这种海温与海表面风速之间的正相关关系与太平洋海盆尺度的海温与海表面风速之间的负相关关系正好相反, 清楚反映了春季黑潮海区海气之间表现为海洋对大气的作用. 随后, 采用一个高分辨率的区域大气模式进一步研究了海洋影响大气的可能机制. 数值模拟表明, 黑潮海区海洋锋区上海温变化可通过影响大气边界层稳定度以及边界层垂直混合来影响海表面的风速, 即海温升高时大气边界层稳定性减弱, 垂直混合增强, 从而把高层较大风速带至海表面, 海表面风速增强; 反之, 海温降低则大气边界层稳定性增强, 垂直混合受到抑制, 海表面风速减少.