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东海黑潮区PN断面盐度不同季节的年际/年代际变化

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东海黑潮区PN断面盐度不同季节的年际/年代际变化

作者：刘运运上海师范大学

学位级别：硕士

黒潮是北太平洋副热带总环流系统中的西边界流，与北大西洋中的湾流齐名，是世界大洋中的著名强流。东海黒潮具有高温、高盐、流速强、流量大的特征，是我国近海环流变异的主要动力，对我国气候环境有重要的影响。其中盐度作为黑潮边界... 详细信息

黒潮是北太平洋副热带总环流系统中的西边界流，与北大西洋中的湾流齐名，是世界大洋中的著名强流。东海黒潮具有高温、高盐、流速强、流量大的特征，是我国近海环流变异的主要动力，对我国气候环境有重要的影响。其中盐度作为黑潮边界流关键特征之一，是表征海洋物理、化学特征的基本要素，也是反映海洋水文与气候的特征重要指标之一，并且海洋盐度的变化能够成为局地和全球水文循环的一个良好指示。但是’由于以往受海洋盐度测量条件及科技水平有限，观测资料相对匮乏，以及资料在时间和空间上分布的不连续性，增加了研究海洋盐度变化的难度。故本文以此为突破口，着眼于东海黑潮观测的PN典型断面，利用东海1945-2010年再分析资料，提取PN断面夏季（8月）、冬季（2月）、春季(5月）、秋季（11月）0-700米盐度资料，采取切片、特征点定位、特征值提取等方法，探讨PN断面四季盐度结构的年际、年代际变化过程、长期趋势和影响因素，进一步了解黑潮对我国气候变化的影响，为气候预测提供重要依据。对研究结果分析，得出以下主要结论： (1)PN断面四季盐度特征的年际变化：四季盐度的0-300米各层盐度特征值在1976/1977年左右之前都呈现“W”型变化，即有一个峰值和两个谷值，1976/1977年之后盐度特征值围绕平均值上下波动。300-500、500-700米层水不具有“W”的变化特征，可能是由于水源与上层水不同。从1945-2010年，盐度特征值基本无明显的趋势性变化，但自2001-2010年来盐度特征值大都有减少趋势，夏季以最小值减少趋势最为显著，冬季、春季、秋季最大值、最小值、平均值的减小幅度较为一致。从表层到底层，以表层特征值的减少趋势最为明显，表层盐度特征值的减少则可能是受全球变暖的影响。 (2)PN断面四季盐度特征的年代际变化：通过对四季0-700米各层盐度平均值的突变分析和突变检验，可以得出四季0-300米各层突变点集中在，1956年左右、1976年左右、八十年代到九十年代中之间存在突变。其中1956年左右的突变点产生原因还有待于进一步解释。1976年左右的突变点，但很可能是由于受到PDO冷暖位相的转变而产生。在八十年代到九十年代中之间的突变点很可能由于近年来盐度降低而引起的。而300-500、500-700米层，跳跃点分布与上层不同，可能是由于300-700米层的水来源与0-300米层不尽相同。 (3)PN断面四季高盐核强度的变化：四季高盐核强度和PN断面盐度最大值都有较高的一致性，通过了99.9%的信度检验。同样，高盐核强度在1945-2010年的整个时间序列上也无明显变化趋势，自2001-2010年高盐核强度春夏秋冬四季分别减少了0.0407,0.0345，0.0341,0.0534,分别为整个时段高盐核强度平均值的17.96%、24.7%、17.67%、19.1%.对四季高盐核强度进行突变分析和突变检验所得结果与0-300米各层盐度平均值类似，高盐核强度和盐度特征值两者共同反应PN断面盐度的变化特征。 (4)PN断面四季盐度的空间变化：根据跳跃点将夏、秋、冬季整个时间序列划分为4个时间段，将春季的1945-2010整个时间序列划分为3个时间段。其中1976年前后时间段的整个断面的均值变化不像其他时段那么显著，这也说明了1976年左右的跳跃点主要不是由于均值转变而引起的。空间变化和突变分析相互印证。 (5)PN断面1945-2010年四季盐度变化的周期性：盐度特征值和高盐核强度存在2-4年、6年左右、11年左右、18年左右的变化周期，其中2-4年和6年左右的周期很可能是受到厄尔尼诺的影响，11年、18年左右的周期受边界效应影响，还有待进一步证实。 (6)PN断面1945-2010年四季盐度变化与ENSO、PDO的关系：Nino3.4区ENSO指数超前PN断面春、夏、秋、冬季0-50米层盐度特征值分别为丨0个月、15个月、11个月、11个月。这与理论上PN断面盐度对ENSO的响应需要滞后大约1年左右的时间较为接近;PDO指数超前PN断面春、夏、秋、冬季300米以浅盐度特征值分别为8个月、6个月、3个月、8个月。 (7)PN断面盐度存在明显的季节变化，表层盐度夏季低冬季高，春秋季为过渡季节，但随着深度的增加，盐度的季节差异越来越小。

关键词：东海黑潮 PN断面盐度年际/年代际变化突变点

1945-2010年东海黑潮区PN断面温度的季节/年际/年代际变化

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1945-2010年东海黑潮区PN断面温度的季节/年际/年代际变化

作者：谭能志上海师范大学

学位级别：硕士

海洋在整个气候系统中起着至关重要的作用，海水温度是反映海洋水体热量平衡的基本参数，是重要的气候指标。海洋多尺度变化过程、机理和可预报性研究是21世纪海洋学、气候学研究的重点。东海黑潮是中国近海环流变异的主要动力，对中国... 详细信息

海洋在整个气候系统中起着至关重要的作用，海水温度是反映海洋水体热量平衡的基本参数，是重要的气候指标。海洋多尺度变化过程、机理和可预报性研究是21世纪海洋学、气候学研究的重点。东海黑潮是中国近海环流变异的主要动力，对中国和东亚的气候有重要影响。进一步探讨东海黑潮区温度的季节、年际、年代际变化过程研究具有重要的意义，可以为年际气候变化的预测提供依据。本文使用Ishii(1945-2010)海洋数据集，利用MATLAB平台，构建东海黑潮区PN断面温度数据库，通过提取断面特征值，用数值统计分析方法，分层定量探讨东海黑潮区PN断面不同深度1945-2010年四季温度年际及年代际变化特征，尝试分析影响该断面温度变化的主要因素。得出以下主要结论： (1)从1945到2010年，PN断面春、夏、秋、冬季的温度在300m以浅显著增温，30000m为过渡层，500m以深降温为主;上层温度在20世纪90年代发生突变，之后持续上升，底层温度在1964年左右发生突变，之后温度下降，随时间整个断面的极差在急剧扩大;其中对增温贡献最大的层是100m以浅，对降温贡献较多的是50000m层;PN断面表层温度变化剧烈程度，从强到弱依次是冬季、秋季、春季、夏季;底层温度变化剧烈程度，从强到弱依次为春季、秋季、夏季、冬季。 (2)1978010年100m以浅都出现了一个增温核，1978988年为出现阶段，1989999年为发展阶段，2000010年为强盛阶段，随时间增温核在扩大加深。其中上层增温强烈的是夏季和秋季，分别达到0.95℃和1.1℃，底层降温最强烈的是春季和夏季，分别为-0.67℃和-0.65℃。 (3)周期分析显示，PN断面温度变化具有2年的主周期和11年的次周期，与同时期的ENSO和PDO资料对比，具有很好的相关性，由此推断2年主周期主要受ENSO调控;11年周期是否是受到太阳黑子周期变化的影响还有待进一步论证。 (4)年际变化分析显示，不同深度层，滞后13个月左右的Ni?o3.4区SST指数与PN断面00m温度指数相关性达到最高，但只有夏季00m层温度指数与滞后13个月的Ni?o3.4区SST指数的相关性超过98%置信水平检验，即PN断面夏季表层温度与ENSO存在滞后相关。并且从理论上论证得出，ENSO可能通过环流13个月后影响到PN断面温度变化，影响深度主要是在50m以浅。 (5)年代际变化分析显示，200m以浅以春季和夏季温度变化滞后PDO为主，滞后时间为66个月不等，200m以深以冬季温度变化滞后PDO为主，滞后时间为3个月不等，随着深度的增加相关系数总体降低。PDO对PN断面温度的影响深度随着季节的变化而变化，春季主要是200m以浅为主，夏季以50m以浅为主，秋季影响深度不明显，冬季影响深度为10000m。

关键词：东海黑潮 PN断面温度年际/年代际变化

平流层准两年振荡的变化趋势及其对热带季节内振荡的影响

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平流层准两年振荡的变化趋势及其对热带季节内振荡的影响

作者：任璐兰州大学

学位级别：硕士

热带平流层纬向风的准两年振荡(Quasi-Biennial Oscillation,QBO)是平流层大气内最稳定的准周期信号,而热带大气季节内振荡(Madden-Julian oscillation,MJO)则是热带对流层大气内最主要的次季节模态。过去几十年,关于QBO和MJO分别都已... 详细信息

热带平流层纬向风的准两年振荡(Quasi-Biennial Oscillation,QBO)是平流层大气内最稳定的准周期信号,而热带大气季节内振荡(Madden-Julian oscillation,MJO)则是热带对流层大气内最主要的次季节模态。过去几十年,关于QBO和MJO分别都已有大量的研究,然而,二者之间的相互联系及影响机理尚没有得到深入的认识,特别是在气候变化背景下QBO和MJO相互作用的特征是否也会发生变化目前还不清楚。本论文基于探空观测资料、再分析资料以及CMIP5模式输出资料,首先分析了QBO振幅的长期变化趋势和年代际振荡周期,在此基础上分析了QBO振幅的变化对热带MJO年代际特征的影响。论文还进一步讨论了在QBO与MJO的关系中起重要作用的热带低平流层温度、热带上对流层下平流层(Upper Troposphere Lower Stratosphere,UTLS)区域静力稳定度以及热带对流层顶高度对QBO响应特征的年代际变化,分析了在气候变暖增强的情景下,这三个因子在QBO东西风位相下的长期趋势及变化情况,得到了以下主要结论:(1)在1956-2020年期间,热带平流层纬向风的QBO振幅仍然表现出稳定减弱的趋势,尤其在平流层低层的减弱趋势更为显著。在北半球冬季,探空资料中50 h Pa的QBO振幅减弱趋势最强,并且在1998年之后减弱趋势明显强于之前,其年代际振荡周期约为14-20年,随着QBO振幅的减弱,此振荡周期会逐渐变长。(2)在北半球冬季,1979-2018年间QBO指数与MJO振幅之间存在稳定的负相关关系,但在1998年之后,二者负相关的强度逐渐减弱。在1998年之前,QBO东风位相(EQBO)对MJO起增强作用,QBO西风位相(WQBO)则是抑制作用;而在1998年之后,QBO振幅显著减弱,因而EQBO的增强作用减弱,WQBO的抑制作用也减弱。即在1998年之后的20年内,相较于之前,EQBO位相下MJO振幅变弱,活跃MJO的天数减少,MJO信号向东传播的范围变窄,MJO事件的周期缩短,而在WQBO位相下MJO特征的年代际变化与之相反。1998年之前,相较于WQBO位相,在EQBO位相下MJO对流信号及相关的降水强度更强,持续时间更长;与MJO的发展和东传密切相关的动力和热力因子,即水平风场在下对流层的辐合异常和上对流层的辐散异常、中对流层的垂直速度异常和比湿异常,在空间位置上的强度中心均超前于MJO深对流信号出现,这有利于MJO对流向东传播和发展,而这种超前的信号在WQBO期间不如在EQBO位相下明显。在1998年之后,相较于之前,QBO东西风位相下MJO动力及热力因子的强度中心超前于MJO深对流的信号均显著减弱;EQBO位相下,MJO对流信号及动力和热力因子均变弱,而WQBO期间是增强的变化。(3)在1958-2018年冬季,QBO影响MJO的三个主要因子,即热带低平流层温度、UTLS区域静力稳定度以及热带对流层顶高度,对EQBO和WQBO的响应在1998年之后相较于之前均变弱。也就是说,一般而言,相较于WQBO位相,在EQBO期间热带低平流较冷,UTLS区域较不稳定,对流层顶较高,但在1998年之后,EQBO位相下热带低平流层的冷异常减弱,UTLS区域的稳定性增强,对流层顶高度降低,这样的变化不利于热带深对流活动的发展,但在WQBO位相下这三个因子表现出相反的有利于深对流发展的变化。CMIP5中四个能自主模拟出QBO的气候模式均低估了上述三个相关因子的振幅及其与QBO的关系。相较于其他三者,MPI-ESM-MR模式的模拟效果较好,此模式中在不同温室气体排放情境下的模拟结果同样表明在QBO振幅减弱更强时期,QBO东风和西风对上述三个相关因子的调控作用在变弱。在全球增温持续且增强的气候条件下,在EQBO和WQBO期间平流层变冷和对流层增暖、UTLS区域不稳定性增强以及对流层顶抬高的长期趋势都会持续且增强,并且在西风下的增强强于东风期间。

关键词： QBO振幅年际/年代际变化热带MJO 对流信号动力和热力因子趋势变化

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南太平洋热含量变化及年代际变化研究

南太平洋热含量变化及年代际变化研究

作者：李江萍中国海洋大学

学位级别：硕士

本文通过对SODA全球海洋同化分析月平均资料和COADS全球表层月平均气候资料的分析，研究了南太平洋热带（TC）和副热带（STC）水平环流区内的热含量变化，分析讨论了与热含量变化相关的环流指数、温度平流和Sverdrup输运对热带环流和副... 详细信息

本文通过对SODA全球海洋同化分析月平均资料和COADS全球表层月平均气候资料的分析，研究了南太平洋热带（TC）和副热带（STC）水平环流区内的热含量变化，分析讨论了与热含量变化相关的环流指数、温度平流和Sverdrup输运对热带环流和副热带环流间热量交换的影响。通过对不同深度海温和不同纬度上海温在不同时间尺度的全球空间分布的对比分析，讨论了大尺度海气相互作用对年代际气候变化的影响。研究发现，热带海区的热含量存在大约4年左右年际尺度的变化，而在副热带海区主要存在12年左右年代际尺度的振荡。上述两个海区热含量的变化主要受温度平流的影响，同时还受到海-气界面热交换的影响，主要过程包括长、短波辐射，潜热和感热通量。对热含量变化的贡献，海-气界面热交换的影响在副热带区域比在热带区域大;温度平流在热带区域的贡献比在副热带区域显著。两个区域之间存在着相互作用，与风驱经向环流有关。采用将相反位相相减的方法比较了年际和年代际两种时间尺度气候变化的时空分布特征。研究发现：在空间分布上两者在赤道海区的变化都与海洋温度跃层具有密切的联系，两者对赤道海洋影响的水平分布类似。大气对两者暖位相的响应都对应着异常暖赤道海区上空西风异常的增强。两者的差异主要表现在：对应ENSO时间尺度的异常与季节变化具有密切的关系，而对应年代际时间尺度变化的异常似与季节变化无关。在空间分布上，年代际变化在中高纬度对应与赤道东太平洋相反位相的变化。导致赤道东太平洋增暖的原因也有很大的差异：年际时间尺度SST异常的变化与海区上空的纬向风异常关系密切，而年代际时间尺度SST异常的变化与海区上空的经向风异常关系密切。用大尺度海洋大气相互作用的观点分析了影响年代际变化的可能机制。研究发现：南印度洋西风带平直西风的出现和异常增强有利于副热带印度洋表层海水年代际时间尺度的增暖，有利于相同纬度南太平洋表层海水年代际时间尺度的温度降低。南美洲西海岸外太平洋南风的减弱有利于赤道东太平洋年代际时间尺度的增暖。

关键词：热带/副热带区域热含量年际/年代际变化