南海北部表层热含量及截面热通量季节及年际变化特征.pdf

发布时间：2022-05-29 发布人：admin 分类：说明书资料大小：0.26M 资料格式：pdf 举报版权申诉

weixin_38721691-12199696-4744302543009840948.pdf-第1页.png

第1页 / 共7页

weixin_38721691-12199696-4744302543009840948.pdf-第2页.png

第2页 / 共7页

weixin_38721691-12199696-4744302543009840948.pdf-第3页.png

第3页 / 共7页

weixin_38721691-12199696-4744302543009840948.pdf-第4页.png

第4页 / 共7页

weixin_38721691-12199696-4744302543009840948.pdf-第5页.png

第5页 / 共7页

weixin_38721691-12199696-4744302543009840948.pdf-第6页.png

第6页 / 共7页

weixin_38721691-12199696-4744302543009840948.pdf-第7页.png

第7页 / 共7页

文本预览

中国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 南海北部表层热含量及截面热通量季节及年际变化特征# 刘玉龙1，王启1，余帆2，宫晓庆1* （1. 中国海洋大学海洋环境学院海洋气象系，山东青岛 266100； 2. 海军海洋水文气象中心，北京 100161）摘要：本文使用 1958-2007 年间的月平均资料计算南海北部（15.75°N 以北）水体热含量，从海水热含量变化与水体热输送的关系出发，分析其与吕宋海峡、台湾海峡及 15.75°N 截面的季节与年际变化特征与影响。发现 15.75°N 截面和吕宋海峡上层热输送在季节变化上呈现完全的反位相关系，而且这一关系在年际异常变化上（同期相关高达-0.68）同样适用。在南海北部上层水体热含量变化的异常大值（ENSO）发生年，存在着 15.75°N 截面和吕宋海峡反位相及量级对应关系破坏的情况。三个截面的年际异常变化存在着不完全相同的周期，南海北部上层水体热含量异常变化的周期为 2-5 年。关键词：海洋科学；SODA；南海；吕宋海峡；台湾海峡；热通量中图分类号：P72；区域海洋学 The heat content and cross-section variation of seasonal and interannual on the surface in the Northern South China Sea Liu Yulong1, Wang Qi1, Yu Fang2, Gong Xiaoqing1 (1. Dept.of Marine Meteorology, College of Physical and Environmental Oceanography, Ocean University of China, ShanDong QingDao 266100; 2. Navy Marine Hydrometeorological Center, Beijing 100161) Abstract: The monthly mean data of 1958-2007 was used to calculate the heat content of the northern South China Sea (north of 15.75ºN ), analyzing the seasonal and interannual variations and influence with Luzon Strait, Taiwan Strait and the15.75ºN cross-section，based on the relationship between the sea water heat content and the heat transfer. Found the upper heat transport in the 15.75ºN section and Luzon Strait, showing anti-phase relationship on the seasonal variation, and this relationship also apply on the interannual anomalies (the same period correlation up to -0.68). The northern South China Sea upper water heat content change in abnormally large value occurred (ENSO), the magnitude of anti-phase and the corresponding case between 15.75ºN section and the Luzon Strait was damaged. The interannual anomalies of three sections are not exactly the same period, but the whole northern South China Sea upper water column heat content has the period of 2-5 years Keywords:marine science; SODA; South China Sea; Luzon Strait; Taiwan Strait; heat flux 0 引言南海是亚洲海气相互作用最活跃的海区之一，在我国的气候变化及灾害的形成中起着极其重要的作用。海洋是大气的主要热源之一，南海上层热含量的变化对大气环流特别对东亚季风和我国气候有着重要的影响，因此研究南海上层海洋热含量的变化特征，可以帮助我们更好的预报我国气候变化趋势，此海域的热含量已有一些研究[1]，关于南海部分海峡的通量也有不少学者进行过探讨[2-5]，目前对台湾海峡和吕宋海峡的水交换也有一些研究结果[6,7]，而涉及南海热含量变化特征与各海峡截面关系的研究比较少见。本文的目的主要是利用南海基金项目：国家自然科学基金资助项目（40876004）；国家重点基础研究发展计划（973 计划）（2005CB422301；2007CB411801）作者简介：刘玉龙，（1982-），男，博士研究生，主要研究方向：海气相互作用. E-mail: yulong@ouc.edu.cn - 1 -

中国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 上层海洋的热含量资料分析其北部与 15.75°N 截面及吕宋海峡、台湾海峡和表层净热通量的关系，探讨它们对南海北部表层热含量气候态及年际变化的影响。 1 资料与方法本文采用 Maryland 大学大气海洋科学学院的 SODA（Simple Ocean Data Assimilation）全球逐月（1958-2007）再分析资料进行计算，该资料的水平分辨率为 0.5º*0.5º 垂直分层为 40 层。本文所采用以下定义来计算通过一断面的体积输送和热输运 V = ∑ i Ai i v ni ， H = ∑ i c A p i i i v ρ ni i i T i i 式中, c p 为海水定压比热, Ai 、 niv 、 iρ 和Ti 为断面上第 i 个网格的面积、速度、平均密度和温度。 i i ρ i T i p c = ∫∫∫ 计算热含量时采用公式： dxdydz H 由于南海海域季节性温跃层深度都在 100m 以浅[1]，考虑到南海上层海洋热含量方差变化主要发生在 100m 内，且台湾海峡也较浅，若选取水体块作为研究对象则将表层 100m 作为计算深度，由于文中引用的资料缺少 100m 层的资料值，所以各网格点 0-100m 水层内的热含量是用由内插法求取的各点 l00m 层值计算得到。本文采用合成分析，滤波，超前滞后相关分析，小波分析，功率谱分析等统计分析手段。 2 热含量变化特征 SCS heat content (lat_15.75-23.25) 2.1 季节变化 1 00 98 96 94 92 90 88 86 84 82 80 W 0 2 e 1 J A N FE B M A R A P R MA Y J U N J U L A U G S E P O C T N O V DE C 图 1 南海海域（15.75ºN~23.25ºN）热含量的季节变化 Fig.1 seasonal variation of heat content in the South China Sea(15.75ºN~23.25ºN) - 2 -

中国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 3 5 0 2 5 0 1 5 0 5 0 - 5 0 - 1 5 0 - 2 5 0 - 3 5 0 W 2 1 e 1 J A N F E B M A R A P R M A Y J U N J U L A U G S E P O C T N O V D E C s u m a l l 图 2 南海海域（15.75ºN~23.25ºN）净热通量（hflx）、热含量变率（contentP）、15.75ºN 截面热输送（scsmid）、 c o n t e n t P s c s m i d h f l x l u z o n t a i w a n 吕宋海峡热输送（luzon）、台湾海峡热输送（taiwan）及总和（sumall）的季节变化 Fig.2 seasonal variation of the net flux anomaly on the surface（hflx）、the heat content rate（contentP）、heat flux anomaly at 15.75ºN section（scsmid），Luzon Strait（luzon）, Taiwan Strait（taiwan） and sum of all （sumall） in the South China Sea(15.75ºN~23.25ºN) 南海上层热含量存在着明显的季节变化，总体而言夏秋高冬春低，长期平均热含量在二月份达到最低，最高出现在九月份，变化幅度 1e²¹W，占平均值的 11.1%。净热通量在季节变化上与南海上层热含量变率变化完全一致，对其变化有着正的贡献。15.75ºN 截面和吕宋海峡热通量变化幅度较大，呈现强的负相关，其两者平均可使热含量季节上保持在一个正的平稳的量值。冬半年（11、12、1、2 月）15.75ºN 截面有较弱的南向热输运流出南海北部上层热含量计算区，而夏半年（3-10 月）有较强的北向热输送进入南海北部，这与南海冬季风和夏季风的模态转换密切相关，吕宋海峡形态正好相反，上层的水体热输送与西南和东北季风相关联。15.75ºN 截面和吕宋海峡上层热输送平均状态维持正的输入热量，台湾海峡与此相反，全年为热量输出模态，季节变化上冬季小夏季大与风场转换关系密切。将南海北部上层 100m 水体层封闭，利用水体热含量变率、15.75ºN 截面、吕宋海峡、台湾海峡及表面净热通量封闭整个海域，由于垂直速度项的不确定性，以及摩擦项等其他未考虑的影响将它们归结为余项，计算得到的余项全年维持负值即耗散热量，同时热量耗散在秋冬季节为大值， 10 月份最大，夏季热量耗散较小。 2.2 年际异常变化 s e i l a m o n A t n e t n o c t a e h S C S e h T 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 -5 s e i l a m o n A T S S 4 . 3 o n i N 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06 07 图 3 南海海域（15.75ºN~23.25ºN）热含量异常（阴影）和 Nino3.4 指数异常（黑实线） Fig.3 heat content anomaly of the South China Sea (15.75ºN~23.25ºN) (shadow) and the Nino3.4 index anomaly (solid line) - 3 -

中国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 图 4 南海海域（15.75ºN~23.25ºN）热含量异常小波分析 Fig.4 wavelet analysis of heat content in the South China Sea (15.75ºN~23.25ºN) 图 4 给出了热含量异常变化曲线和 Nino3.4 指数异常，对应 Nino3.4 指数，南海上层热含量异常滞后 5~6 个月时相关关系最高达到 0.41，所以可以认为南海上层热含量变化能够反映 ENSO 事件的影响，其响应的时间为半年左右。从整体热含量的变化趋势而言，南海北部水体块的热含量加大的趋势是显著的，特别是 90 年代后期。图 4 给出南海北部热含量异常的小波分析，南海上层热含量异常长期而言有 2 ~5 年周期变化，20 世纪 90 年代短周期变化不显著，90 年代后期之后高频的短周期增加明显。 scsmid luzon taiwan hflx e i l a m o n A t n e t n o c t a e h S C S e h T 400 300 200 100 0 -100 -200 -300 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05 06 07 图 5 南海北部海域 100 米内 15.75ºN 截面热输送（深蓝）、吕宋海峡热输送（紫色）、台湾海峡热输送（深 Fig.5 the heat flux anomaly of the upper 100m, 15.75ºN section(dark blue), Luzon Strait(purple), Taiwan 绿）及表面净热通量（靛青）异常 Strait(dark green) and net flux(indigo) 0.2 0.15 0.1 0.05 0 (a) 0.2 0.15 0.1 0.05 0 (b) 240 60 34.3 24 18.5 15 12.6 10.9 9.6 8.57 240 60 34.3 24 18.5 15 12.6 10.9 9.6 8.57 - 4 -

中国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 0.2 0.15 0.1 0.05 0 (c) 0.2 0.15 0.1 0.05 0 (d) 60 24 240 图 6 南海北部海域 100 米内 15.75ºN 截面热输送（a）、吕宋海峡热输送（b）、台湾海峡热输送（c）及表 34.3 18.5 12.6 10.9 12.6 10.9 9.6 8.57 9.6 8.57 18.5 15 15 240 60 34.3 24 Fig.6 the power spectrum analysis of the upper 100m heat flux anomaly: a. 15.75ºN section, b. Luzon Strait, c. 面净热通量（d）异常的功率谱分析 Taiwan Strait, d. the net flux 图 5 给出了南海北部海域 100 米内四个面的四条异常曲线，15.75°N 截面及吕宋海峡、台湾海峡和表层净热通量，在量级上台湾海峡和表层净热通量相比 15.75°N 截面和吕宋海峡热输送比率要小于 30%，功率谱分析可见 15.75°N 截面和表层净热通量存在 1 和 1.5 年左右的显著周期，而吕宋海峡和台湾海峡相似有 1 年、1.5 年和 34 个月左右的周期变化，其中 1 年和 34 个月周期最显著，而在南海中部 15.75°N 截面和表层净热通量的周期变化中不存在，由此构成了南海上层热含量异常的多时间尺度变化，而且有四条曲线的异常变化上 15.75°N 截面和吕宋海峡热通量明显体现出负相关的形态，其超前滞后相关中同期负相关最高，达 -0.68，说明大部分情况下它们热输送的异常进出是互为补偿的。 2.3 异常事件变化特征在南海北部上层热含量的异常上，由此根据热含量异常变化和 Nino3.4 异常曲线上选出与 Nino3.4 的异常大值序列相关联的热含量异常大值年 83-84 年、（87-88 年）、97-98 年，这些年的热含量的异常值均大于 3 20e W，较为显著。 (a) (b) - 5 -

中国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn (c) (d) 图 7 南海北部海域 100 米内热含量异常（83-84 年、87-88 年、97-98 年）以及其区域内热含量异常变率（contentP），15.75ºN 截面热输送异常（scsmid）、吕宋海峡热输送异常（luzon）、台湾海峡热输送异常（taiwan）、表面净热通量（hflx）异常 Fig.7 heat content anomaly in the upper 100m of the northern South China Sea（83-84, 87-88, 97-98）and the heat content rate in the area（contentP），heat flux anomaly at 15.75ºN section（scsmid），Luzon Strait（luzon）, Taiwan Strait（taiwan）, the net flux anomaly on the surface（hflx）由图 7 南海异常热含量图上看，83 年异常增暖持续了八个月，84 年恢复正常范围，从分量图上看，83 年 15.75°N 截面与吕宋海峡同位相变化且均为正值，造成热含量的不平衡，虽然台湾海峡异常热输送流出有所增加，但不足以平衡过多的异常热量流入，由此导致了整体热含量有异常的增加， 84 年时，当 15.75°N 截面与吕宋海峡调整恢复为同量级的负相关，则南海北部异常热含量恢复到正常范围。87-88 年暖事件持续时间较长达十八个月，且存在双峰结构，15.75°N 截面与吕宋海峡 24 个月同期相关仅达到-28%，在 15.75°N 截面和吕宋海峡热输送相关最差的月份为南海上层海域热含量异常增加的时刻。97-98 年暖事件强度较大，可见南海上层热含量异常在 98 年 1 月份，此时对应的趋势图上可明显看到，15.75°N 截面与吕宋海峡热输送位相产生变化，而之前的 97 年有着明显的高的负相关，因此在此期间南海上层热含量异常维持在一个较低的水平，当在 98 年八九月份，15.75°N 截面与吕宋海峡热输送的量级及位相变化一致时，南海上层热含量异常开始逐步回落。因此 15.75°N 截面与吕宋海峡热输送密切相关，当它们发生较大偏差补偿机制被破坏时，总体热含量会发生较大异常事件。 3 结论本文基于南海北部上层热含量与与吕宋海峡、台湾海峡及与中北部 15.75°N 截面的季节与年际变化特征的关系，通过分析可以得到如下初步结论：（1）由 SODA 资料估算的南海北部上层热含量的变率在气候态上 3~9 月份为持续增暖期，海表面净热通量有相同的变化，表明与季节的大气环流关系密切。15.75°N 截面和吕宋海峡热输送反位相变化，两者平均处于正输入成为主要热量来源，台湾海峡与其他余项为主要的热输出项。（2）南海北部上层热含量存在着年代际变化信号，90 年代后期至今热含量异常有较大幅度的提高，与全球增暖相对应。上层海洋热含量滞后 Nino3.4 指数 5~6 个月相关达到最大 0.41，存在 2 ~5 年周期变化，与前人研究结果相近。年际异常上，15.75°N 截面和吕宋海峡热通量互为补偿，呈现同期负相关高达-0.68，有 12 个月左右的共同变化周期。吕宋海峡和台湾海峡包含周期变化相近，除了年周期还存在一个 34 个月左右的周期变化，近十年它们异常变化上相关性较高。（3）根据南海北部上层热含量异常和 Nino3.4 指数选出异常暖事件年 83-84 年，97-98 - 6 -

中国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 年进行研究，发现 15.75°N 截面与吕宋海峡热输送密切相关，当它们位相或振幅发生明显异常时会造成异常事件，使总体热含量发生较大异常变化。 [参考文献] (References) [1] 佟景全，王静，齐义泉 . 基于卫星高度计资料分析南海热含量的年际变化特征．地球物理学报，2006， 49(6)：1651-1656 [2] 刘秦玉，杨海军，李薇.吕宋海峡纬向海流及质量输送.海洋学报,2000,22(2):1—8 [3] 蔡树群，刘海龙，李薇.南海与邻近海洋的水通量交换.海洋科学进展,2002,20(3):29--34 [4] 赵伟，侯一筠，乐肯堂，等. 吕宋海峡水交换季节变化的数值研究.海洋与湖沼,2007,38(6):495-503 [5] 孟祥新，王启.南海暖水季节和年际变化的初步研究，2006，中国海洋大学学报,36(2):187-192 [6] 方国洪，赵保仁，朱耀华．台湾一对马一津轻暖流系统及其动力机制的初步探讨[A]．海洋环流研讨会论文选集[c]．北京：海洋出版社．1992．13-27． [7] xu J. P.，Su J. L. and Oiu D. Z．Hydrographic analysis on the intruding of Kuroshio water into the South China Sea[A]．Proceedings of Symposium of Marine Sciences in Taiwan Strait and its Adjacent Waters[C]．Beijing：Ocean Press．1995．30—44． - 7 -

分享到：

赞收藏

资料库

南海北部表层热含量及截面热通量季节及年际变化特征.pdf

相关推荐

开发技术

热门标签

最新资料