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基于文献计量分析方法的海气相互作用领域研究态势分析

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海洋科学 2024年第4期48卷 63-82页

作者：高宇郝鹏叶灿成泽毅李爽宋金宝浙江大学海洋学院浙江舟山316021 浙江大学物理海洋与遥感研究所浙江舟山316021

海洋和大气是地球气候系统关键组成部分,其相互作用对全球气候及人类生活产生深远影响。为了分析海气相互作用的研究现状与未来的发展趋势。采用文献计量分析方法,运用VOSviewer和CiteSpace工具,筛选了中国知网(China National Knowledg... 详细信息

海洋和大气是地球气候系统关键组成部分,其相互作用对全球气候及人类生活产生深远影响。为了分析海气相互作用的研究现状与未来的发展趋势。采用文献计量分析方法,运用VOSviewer和CiteSpace工具,筛选了中国知网(China National Knowledge Infrastructure,CNKI)和Web of Science核心合集数据库中关于海气相互作用的文献,通过分析关键词共现网络图谱、时间序列图谱、突现网络图谱以及文献的发文国家和机构分布,对1981-2021年中国在该领域的研究进展和未来发展趋势进行了综合评估。同时,本研究还选取了2001-2021年的国际文献,对全球范围内的研究进展和热点问题进行了分析。研究表明,国内外在海气相互作用领域的研究均从宏观到微观角度深入探讨,着重研究了大气和海洋的基本作用机理,并进一步分析了影响地球气候系统的多种因素,目前研究重点转向了极端天气系统的预测及其运行机制。从研究机构和国家分布来看,高校与政府机构是主要的研究主体,国内研究机构之间的合作联系较为紧密。研究关键方向和方法,从宏观层面的基础研究转向更为深入的海气通量和大尺度过程研究。这一转变反映了国际海洋发展战略的调整,同时为未来的研究方向提供了新的视角和思路。

关键词：海气相互作用 VOSviewer CiteSpace 知识图谱研究进展

月内尺度上与冬季北太平洋大范围海温暖异常相联系的海气相互作用特征

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大气科学 2022年第2期46卷 293-308页

作者：陈宏莉徐海明马静邓洁淳南京信息工程大学气象灾害预报预警与评估协同创新中心/气象灾害教育部重点实验室/气候与环境变化国际合作联合实验室南京210044 南京信息工程大学大气科学学院南京210044

本文采用1985~2015年美国气象环境预报中心及能源部(NCEP/DOE)再分析以及美国国家海洋大气管理局(NOAA)海温(SST)等资料,基于大范围SST异常的确定规则,在北太平洋区域选取了8个暖事件,采用跟随SST异常中心的动态合成方法,研究分析了冬... 详细信息

本文采用1985~2015年美国气象环境预报中心及能源部(NCEP/DOE)再分析以及美国国家海洋大气管理局(NOAA)海温(SST)等资料,基于大范围SST异常的确定规则,在北太平洋区域选取了8个暖事件,采用跟随SST异常中心的动态合成方法,研究分析了冬季北太平洋生命史为50天左右的大范围SST暖异常在其盛期前后的月内尺度海气结构特征。结果表明:(1)大范围SST暖异常前期主要表现为大气对海洋的强迫作用,后期则主要表现为海洋对大气的强迫作用。(2)SST暖异常伴随的大气结构在前后期发生了明显的转变,前期SST暖异常上空伴随着相当正压的偶极型气压异常(即东北侧为异常高压而西南侧为异常低压),对应大气偏东风异常。后期SST暖异常区北侧上空伴随着相当正压的低压异常,南侧为弱高压异常,对应大气偏西风异常。(3)在SST暖异常后期大气出现了气旋式环流异常响应,这主要是因为高频瞬变涡旋反馈强迫在起关键作用,且瞬变涡度的强迫作用是主要贡献因子。(4)海流结构在前后期也发生了明显的转变,前期海洋动力过程不利于维持SST暖异常,后期异常暖平流和异常下沉流均有助于维持SST暖异常及其对大气的影响。

关键词：月内尺度北太平洋大范围海温异常海气相互作用

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兴安落叶松径向生长与海气相互作用的联系

兴安落叶松径向生长与海气相互作用的联系

作者：杨圆圆哈尔滨师范大学

学位级别：硕士

区域气候是在多圈层系统和多尺度的大气过程共同影响下产生的。由于全球变暖的影响,这些过程显示出了区域性的大尺度强迫反应,导致气候变化在各个地区有明显不同,因此当前气候变化研究的一个重要领域就是区域气候变化研究。大兴安岭地... 详细信息

区域气候是在多圈层系统和多尺度的大气过程共同影响下产生的。由于全球变暖的影响,这些过程显示出了区域性的大尺度强迫反应,导致气候变化在各个地区有明显不同,因此当前气候变化研究的一个重要领域就是区域气候变化研究。大兴安岭地区地处气候敏感区,对气候变化有着独特的区域信息,在该地区开展区域气候研究具备优势。本研究利用大兴安岭东北部塔河、新林、呼中、韩家园样点采集的落叶松树轮样本,建立落叶松树轮宽度年表,通过各样点的标准年表,利用主成分分析方法,生成了一个具有区域代表意义的主成分年表。使用R语言中dpl R、treeclim包,在95%置信区间,选取滑动窗口21年。分析兴安落叶松在月尺度、季节尺度上的生长,分析研究区域内平均最低气温、降水量对兴安落叶松的影响。使用兴安落叶松这一优良的气候代用材料,通过海温与PC1年表的空间相关分析,大尺度气候因子与PC1年表的时间动态联系,探讨海气相互作用与区域气候之间的联系。主要结论包括:(1)本研究使用野外采集的兴安落叶松样芯,建立单个样点的年表,经过参数统计,认为各样点年表适用于树轮气候学研究。建立的PC1年表第一主成分的累积贡献率为49.728%,表明气候因素是大兴安岭地区落叶松径向生长的主要影响因素,且对气候变化的响应具有一致性。(2)解析主成分年表中包含的气候信息。研究区当年8月降水量、平均最低气温与兴安落叶松径向生长存在显著正相关关系,生长季时期温暖、湿润的条件,在很大程度上有利于兴安落叶松生长。树轮与气候之间的关系是动态的,兴安落叶松对当年8月降水变化十分敏感,但从2006年开始敏感性逐渐下降,2018年时已经减弱为不敏感。上一年10月,当年2月、6月平均最低气温对兴安落叶松生长呈现出显著的抑制性。季节尺度上,2010年开始,当年生长季降水对落叶松生长的促进作用逐渐增强。平均最低气温上一年生长季在1980-2004年、当年生长季在1990-2015年均表现出显著的促进作用,上一年冬季在1978-2007年表现为显著抑制作用。(3)解析树木径向生长与海气相互作用的联系。MEI、PDO指数均有正相关转为负相关再转为正相关的趋势,转变时段分别对应记载的ENSO的厄尔尼诺、拉尼娜现象切换和PDO的相位转换。表明大尺度环流能够影响到热带外区域的落叶松生长,树轮能够记录到遥远的海气相互作用信息。MEI代表的ENSO事件对气温、降水量有强度影响。MEI指数越显著,与气候因子的相关关系越强。MEI对平均最低气温的影响比降水量显著。1988-2009年上一年12月降水量与滞后一年的海温空间相关,暗示了ENSO可能还会对树木生长产生滞后效应。(4)解析树木径向生长对多气候因子共同影响的响应。MEI、PDO均与PC1年表存在显著正相关关系时,对兴安落叶松径向生长的正向影响显著。MEI不仅调控北太平洋地区的负相关区域,还调控着西太平洋沿岸正相关区域的强度。MEI与大兴安岭地区的平均最低气温之间,能够通过海气相互作用形成联系,影响落叶松生长。

关键词：海气相互作用树轮气候学大兴安岭兴安落叶松径向生长

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海气相互作用对台风结构的影响

热带气象学报 2010年第1期26卷 55-59页

作者：蒋小平刘春霞莫海涛汪宇翔解放军75200部队司令部气象室中国气象局广州热带海洋气象研究所

利用前期工作中耦合试验和未耦合试验对台风Krovanh(2003年)数值模拟的结果,分析了海-气相互作用对台风结构的影响。结果表明,台风引起的海面降温大大降低了海洋向大气输送的潜热通量,同时使得感热通量向下传递到海洋。另一方面,台风引... 详细信息

利用前期工作中耦合试验和未耦合试验对台风Krovanh(2003年)数值模拟的结果,分析了海-气相互作用对台风结构的影响。结果表明,台风引起的海面降温大大降低了海洋向大气输送的潜热通量,同时使得感热通量向下传递到海洋。另一方面,台风引起的海表面温度(SST)降低,反馈到台风使其结构轴不对称性加强,且在中高层尤为显著。分析了台风对称结构的基本特征。

关键词：海洋气象学海气相互作用台风结构

热带海洋盐度障碍层多尺度变异机理及其对海气相互作用的影响研究进展

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地球科学进展 2021年第2期36卷 139-153页

作者：庞姗姗王喜冬刘海龙邵彩霞河海大学自然资源部海洋灾害预报技术重点实验室江苏南京210098 河海大学海洋学院江苏南京210098 南方海洋科学与工程广东省实验室(珠海) 广东珠海519000 上海交通大学海洋学院上海200030

在上层海洋,受盐度的影响,温度均匀层和密度均匀层并不一定重合,出现温跃层顶界深度明显大于密度跃层顶界深度的现象,即产生盐度障碍层。重力稳定度较高的障碍层对上层海洋热量的垂直交换具有"热障"作用,使混合层和温跃层无法进行有效... 详细信息

在上层海洋,受盐度的影响,温度均匀层和密度均匀层并不一定重合,出现温跃层顶界深度明显大于密度跃层顶界深度的现象,即产生盐度障碍层。重力稳定度较高的障碍层对上层海洋热量的垂直交换具有"热障"作用,使混合层和温跃层无法进行有效的热量交换,导致局地海洋上混合层偏暖,从而影响局地海气相互作用乃至全球气候变化。得益于全球海洋观测计划的实施,近20年来科学家已逐渐认识到盐度在海洋环流和气候变化中的重要性,因此盐度障碍层在上层海洋热量收支中的作用等科学问题已成为物理海洋学的前沿研究热点。以障碍层多尺度变异为中心,围绕影响和调控障碍层变异的关键海洋过程,以及障碍层通过海气相互作用影响天气、气候尺度变异的过程和机理等关键科学问题,综述了近几十年来有关热带障碍层的研究进展。重点总结了以下3个方面的进展:全球不同热带海域障碍层的空间结构和多尺度变异特征;海洋动力过程和大气热力过程在障碍层变异中的作用及其机理;障碍层与天气、气候事件及海洋生物相互作用的关键过程和机理。强调了障碍层变异的海洋-大气耦合过程及其气候效应,最后提出了尚需解决的关键科学问题。

关键词：盐度障碍层多尺度变异形成机制海气相互作用

海气相互作用对台风Soulik（1307）强度和结构影响的数值模拟研究

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海气相互作用对台风Soulik（1307）强度和结构影响的数值模拟研究

作者：吴文韬国防科技大学

学位级别：硕士

海气相互作用是影响台风强度和结构的主要物理过程之一。本研究采用高分辨率的WRF-POM海气耦合模式以及真实的海洋和大气条件,成功地模拟了1307号台风Soulik与海洋相互作用的整个过程,从不同角度分析了台风条件下海气相互作用机制。台... 详细信息

海气相互作用是影响台风强度和结构的主要物理过程之一。本研究采用高分辨率的WRF-POM海气耦合模式以及真实的海洋和大气条件,成功地模拟了1307号台风Soulik与海洋相互作用的整个过程,从不同角度分析了台风条件下海气相互作用机制。台风引起的冷尾流能够削减大量的海气热通量,是其强度减弱的主要原因。模式底层温度(LMLT)调整可以减弱冷尾流的负反馈效应,削减程度达到40%左右。冷尾流对LMLT的影响主要通过削减感热通量和抑制降水蒸发来影响进行,导致台风眼墙内的底层大气降温效果最强。另一方面,冷尾流还促使稳定边界层的形成,通过抑制台风眼墙外的对流活动,增强了低层径向入流,但对台风强度的影响有限。数值试验表明海洋热容量OHC与台风强度变化率有较的对应关系,高OHC有利于台风加强率的提高。通过分析发现,耦合试验中台风路径右侧的海洋上层流场被显著加强,进而加强了台风最大风速半径附近的海水流速垂直切变,强海流垂直切变引起深层海水涌升并与上层海水混合,导致海表温度降低。同时,由于海洋冷涡的混合层浅薄,台风引起的海水涌升作用对SST降温更加明显。海洋冷涡对海表水汽生成有明显抑制,减弱了中层大气中水汽凝结对台风暖心的加热作用,不利于台风的加强。动力粗糙度和热焓粗糙度对台风强度和结构有不同程度的影响。动力粗糙度通过消耗低层大气动能抑制风速的增长,低层风速相对减弱同时削弱了冷尾流的负反馈作用和低层水汽的辐合上升。总体上,台风强度与动力粗糙度表现为负相关,当高风速阶段粗糙度随风速增长而减小时模拟的台风最强。此外动力粗糙度还对台风风压关系有较大影响,当高风速阶段粗糙度不随风速变化时模拟的风压关系与观测最为接近。热焓粗糙度主要影响海气热通量交换,当热焓粗糙度取大值常数时最有利于台风加强,同时,海洋对台风的响应又削弱了台风的加强。

关键词：台风海气相互作用冷尾流冷涡粗糙度

耦合模式FGOALS-s2海洋同化试验模拟的西北太平洋海气相互作用特征

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大气科学 2019年第3期43卷 467-482页

作者：江洁周天军吴波邹立维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) 北京100029 中国科学院大学北京100049

观测发现,西北太平洋区域夏季降水-SST存在显著的负相关,主要是由于El Ni?o衰减年西北太平洋异常反气旋持续至夏季,该过程是检验耦合模式性能的重要参照标准。本文利用中国科学院大气物理研究所近期气候预测系统IAP-DecPreS,通过海洋同... 详细信息

观测发现,西北太平洋区域夏季降水-SST存在显著的负相关,主要是由于El Ni?o衰减年西北太平洋异常反气旋持续至夏季,该过程是检验耦合模式性能的重要参照标准。本文利用中国科学院大气物理研究所近期气候预测系统IAP-DecPreS,通过海洋同化试验、大气模式AMIP试验与观测结果的比较,评估海洋同化试验对西北太平洋夏季局地海气相互作用特征的模拟影响。结果表明,海洋同化试验能够模拟出西北太平洋区域夏季降水-SST负相关,但负相关区域范围偏小。其与观测之间的最大差异出现在8月,西北太平洋负降水异常及异常反气旋位置偏东,强度偏弱。这是由于其模拟的El Ni?o衰减年夏季赤道东印度洋正降水异常偏弱且移动至赤道南侧,对流层增温偏弱,对西太平洋的遥相关作用偏弱。AMIP试验未考虑大气对海洋的反馈作用,不能再现西北太平洋降水-SST负相关,无法模拟出El Ni?o衰减年夏季西北太平洋异常反气旋。研究表明,海洋同化试验对西北太平洋区域局地海气相互作用特征的模拟能力较AMIP试验有所提升,其对8月西北太平洋降水与环流场的模拟偏差与东赤道印度洋降水模拟偏差有关。

关键词： FGOALS模式西北太平洋海洋同化海气相互作用

海气相互作用对台风“杜鹃”强度和边界层过程的影响研究

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海气相互作用对台风“杜鹃”强度和边界层过程的影响研究

作者：谭晓林国防科技大学

学位级别：硕士

海气相互作用作为热带气旋发生发展中最为关键的物理过程之一,能够通过一系列热力因素和动力因素对热带气旋强度和结构产生影响,而这些影响主要是通过边界层过程来实现的。当前对于热带气旋与海洋相互作用的机制和机理认识尚不够充分,... 详细信息

海气相互作用作为热带气旋发生发展中最为关键的物理过程之一,能够通过一系列热力因素和动力因素对热带气旋强度和结构产生影响,而这些影响主要是通过边界层过程来实现的。当前对于热带气旋与海洋相互作用的机制和机理认识尚不够充分,已经成为制约热带气旋预报预警工作提升和发展的主要原因之一。为提高海气相互作用影响台风强度和结构的认识,本研究利用大气-海洋耦合模式,选取西北太平洋台风“杜鹃”开展高分辨率数值试验,较好地模拟出了强度演变过程及海洋冷尾流特征。结果表明:（1）冷尾流能够削弱台风整体强度,使边界层内风速减小。通过计算发现,虽然垂直扩散系数和惯性稳定度均会减小,但二者之比即边界层高度尺度参数同样减小,从而导出动力边界层对称高度的降低。（2）台风移动方向的右后方往往会出现海表面温度相对较低的冷尾流,进而造成海表面热通量的非对称分布。而感热通量的低值区与层结稳定区具有一定的对应关系,因此冷尾流上方更容易形成稳定边界层和稳定近地层,而且近地层稳定区范围较边界层稳定区范围大。（3）通过对边界层内位温和水汽收支进行分析,可以发现海气相互作用对台风边界层内热量和水汽循环过程都会产生影响,海洋冷尾流能够提高边界层效应中海洋蒸发获得水汽占总水汽含量的比例,进而影响位温和水汽收支的变化。

关键词：海气相互作用台风边界层

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中低纬海气相互作用的耦合模态变化研究

热带气象学报 2017年第6期33卷 861-873页

作者：黄勇黄刚王业桂王颖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中国科学院大学中国人民解放军61741部队

利用1948—2003年的NCEP再分析资料和英国气象局Hadley气候预测和研究中心的海表面温度资料,从整体分析地球中低纬三大洋海气耦合系统的角度出发,使用SVD方法研究中低纬海气相互作用的耦合变化。结果表明,中低纬海气相互作用是一个有机... 详细信息

利用1948—2003年的NCEP再分析资料和英国气象局Hadley气候预测和研究中心的海表面温度资料,从整体分析地球中低纬三大洋海气耦合系统的角度出发,使用SVD方法研究中低纬海气相互作用的耦合变化。结果表明,中低纬海气相互作用是一个有机的耦合整体,其变化不管从年际还是年代际上都存在耦合相关性,这一点给我们提出了一个新的研究全球范围海气耦合变化的思路。提取的海气耦合基本模态的正、负异常年份的海温和风场异常合成分析结果显示,当赤道东太平洋的海水偏暖时,热带印度洋和热带大西洋的海水也偏暖,热带西太平洋直至中纬度太平洋的海温总体偏冷。就印度洋而言非洲大陆以南30~50°S的大片海区存在明显的海温负异常。北美洲大陆的东岸30°N以北和南美洲大陆的东岸30°S以南的海区都为明显的海温负异常。当赤道东太平洋的海水偏冷时各大海区的海温分布情况反之。

关键词：气候学耦合模态奇异值分解海气相互作用