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EN4两套分析数据中海洋热含量的差异

海洋科学进展 2020年第3期38卷 390-399页

作者：张敏赵昌张远凌姜文正王刚自然资源部第一海洋研究所山东青岛266061 青岛海洋科学与技术试点国家实验室区域海洋动力学与数值模拟功能实验室山东青岛266237 自然资源部海洋环境科学与数值模拟重点实验室山东青岛266061

对比分析了1970—2017年EN4.2.1G10和EN4.2.1L09两套数据中海洋热含量的差异及其形成机理。结果表明,两套数据导出的1985—2005年间0~1000 m全球海洋热含量存在最大约5×1022 J的差异,主要分布在热带及亚热带海域(30°S^30°N),偏差较... 详细信息

对比分析了1970—2017年EN4.2.1G10和EN4.2.1L09两套数据中海洋热含量的差异及其形成机理。结果表明,两套数据导出的1985—2005年间0~1000 m全球海洋热含量存在最大约5×1022 J的差异,主要分布在热带及亚热带海域(30°S^30°N),偏差较大的年份是1985年、1991年与1998年。差异主要源于两套数据对XBT-(OSD/CTD)(或MBT-(OSD/CTD))仪器偏差的校正方式不同:EN4.2.1L09选取偏差的中位数,而EN4.2.1G10选取偏差的平均值。通过对比分析偏差较大的年份间海水温度沿深度的空间分布,我们发现1985年与1991年两套数据的海洋热含量的差异集中于0~500 m,主要是由采样时段、深度和温跃层变化所带来,而1998年之后由于仪器观测深度更深,两者的差异贯穿于整个深度层(0~1000 m)。两套数据中海洋热含量的差异夏季最小,冬季最大。在1985年后出现的两套数据的差异影响了全球海洋热含量的线性趋势分析和年代际及多年代际变率,其中基于EN4.2.1G10的年代际及多年代际分量的幅度在1985年后是EN4.2.1L09的2倍,且存在相位的差异。线性趋势若时间段选取在1985—2015年间则对结果影响较大。本研究为使用EN4数据估算海洋热含量及相关对比验证研究提供了有益参考。

关键词： EN4.2.1 海洋热含量海洋温度年代际及多年代际

利用FY-4A卫星资料研究海洋热含量对台风强度的影响

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海洋通报 2022年第6期41卷 683-690页

作者：张月谢涛鄢俊洁赵立南京信息工程大学遥感与测绘工程学院江苏南京210044 北京华云星地通科技有限公司北京100081 南京信息工程大学海洋科学学院江苏南京210044

随着全球气候不断变化,平均海面温度持续升高,我国东南沿海至西北太平洋周边台风频繁发生,海温与台风发生及发展的关系问题成为现阶段气候变化区域响应研究的热点。本文利用FY-4A融合海温数据、NOAA气候态数据WOA18和CMEMS海面高度异常... 详细信息

随着全球气候不断变化,平均海面温度持续升高,我国东南沿海至西北太平洋周边台风频繁发生,海温与台风发生及发展的关系问题成为现阶段气候变化区域响应研究的热点。本文利用FY-4A融合海温数据、NOAA气候态数据WOA18和CMEMS海面高度异常数据,采用海洋热含量(TCHP)算法计算获得2019年西北太平洋海洋热含量空间分布数据,并根据两层约化重力模式和海水状态方程计算出的H_(26)(从海面到26°C等温线深度)与Argo数据进行验证分析,用来检验研究方法的可行性。最后结合我国东南沿海及西北太平洋2019年台风数据,将TCHP和H_(26)与台风强度进行拟合。结果表明:TCHP和H_(26)与台风强度四次多项式的拟合效果较好,拟合RMSE分别为19.1和28.2。根据海-气交换原理,研究结果表明台风所经过海面的海洋热量影响着台风的变化趋势,海洋热含量越高,台风后期发展的强度越大,台风等级也就越高。

关键词： FY-4A卫星海洋热含量台风强度 H_(26)

基于再分析数据的南大西洋上层海洋热含量变化研究

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海洋学研究 2019年第3期37卷 12-20页

作者：邓绍坤吴祥柏河海大学海洋学院江苏南京210098 卫星海洋环境动力学国家重点实验室浙江杭州310012 自然资源部第二海洋研究所浙江杭州310012

南大西洋在地理上连接着北大西洋、南大洋和印度洋。通过环流输运或海表温度变化,该海域的上层海洋热含量(OHC)的变化可能对与之相连的各个洋盆间的再分布产生影响。本文基于1958—2015年的ORAS4全球海洋再分析数据和中国科学院大气物... 详细信息

南大西洋在地理上连接着北大西洋、南大洋和印度洋。通过环流输运或海表温度变化,该海域的上层海洋热含量(OHC)的变化可能对与之相连的各个洋盆间的再分布产生影响。本文基于1958—2015年的ORAS4全球海洋再分析数据和中国科学院大气物理研究所的格点海温数据集,利用经验正交函数(EOF)分析、相关分析等方法,分析了南大西洋上层海洋不同积分深度(0~100 m,0~300 m,0~500 m,0~700 m)OHC的时空变化特征。EOF第一模态显示,过去60 a来,南大西洋上层700 m存在一个洋盆尺度的变暖趋势,而且随着热含量积分深度的增加,第一模态所解释的方差占比也明显增加。OHC变化EOF第一模态与以年际变化为主的NAO和ENSO指数相关性很低,而与代表较长时间变率的AMO和PDO指数却有较好相关性,且与AMO的相关性随着积分深度的增加而提高。超前滞后相关分析显示AMO滞后南大西洋OHC变化9~12 a,显示南大西洋OHC变化对北大西洋气候变化的潜在影响。南大西洋OHC变化EOF第一模态与PDO之间相关性随着积分深度的增加而降低,显示PDO对OHC的影响主要在表层。另外发现整个洋盆的热含量变化与温跃层变化呈正相关,热含量的变化反映温跃层的动态波动。

关键词：南大西洋海洋热含量时空变化 AMO PDO

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西北太平洋热带气旋与上层海洋热含量的关系

海洋学报 2013年第3期35卷 28-35页

作者：蔡晓杰姜华王辉左军成河海大学物理海洋研究所江苏南京210098 国家海洋环境预报中心北京100081

利用SODA(Simple Ocean Data Assimilation)的海温资料和Unisys Weather的热带气旋资料,研究了1960—2008年期间北太平洋上层150m的热含量分布特征及其与西北太平洋热带气旋发生频次的关系。考虑了纬度的变化对热含量的影响后,北太平洋... 详细信息

利用SODA(Simple Ocean Data Assimilation)的海温资料和Unisys Weather的热带气旋资料,研究了1960—2008年期间北太平洋上层150m的热含量分布特征及其与西北太平洋热带气旋发生频次的关系。考虑了纬度的变化对热含量的影响后,北太平洋热含量的高值中心位于10°N左右,与上层海温结构相符,计算结果更加符合物理意义。北太平洋热含量与西北太平洋热带气旋频数年际相关性研究表明在北太平洋中高纬度大洋内区和赤道东太平洋热带不稳定波发生区呈现出前期冬季正相关性。此相关性存在显著年代际的变化,在1970—1975年和1984—2008年期间最强,1976—1983年期间较弱。在北太平洋中高纬度大洋内区,同期春夏秋季同样存在强正相关。在西太平洋暖池区,同期秋季负相关最为显著。赤道中太平洋区域在夏季呈显著的正相关,秋季减弱。赤道东太平洋海域的相关性前期冬季负相关最为显著,春季负相关性减弱,夏季和秋季无显著相关。

关键词：北太平洋海洋热含量热带气旋频次

GDCSM-Argo数据在全球海洋热含量评估中的应用分析

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海洋学研究 2024年第2期42卷 40-54页

作者：苏涵闯子维张春玲上海海洋大学海洋科学学院上海201306 上海海洋大学海洋科学与技术实验教学示范中心上海201306 自然资源部海洋生态监测与修复技术重点实验室上海201306

海洋热含量作为全球气候变化研究最关键、最稳定的指标之一,对其进行系统、准确的评估依赖于长时间序列、全球覆盖的海洋内部观测数据。利用立足Argo剖面观测构建并持续更新的全球海洋0~2000 m水深多参数再分析数据集(gradient dependen... 详细信息

海洋热含量作为全球气候变化研究最关键、最稳定的指标之一,对其进行系统、准确的评估依赖于长时间序列、全球覆盖的海洋内部观测数据。利用立足Argo剖面观测构建并持续更新的全球海洋0~2000 m水深多参数再分析数据集(gradient dependent correlation scale method Argo,GDCSM-Argo),通过时空序列和滞后回归等手段分析热含量变化,研究了2004—2021年间全球海洋热含量的时空演变特征及其与异常气候的响应关系。结果表明:自2004年起,全球海洋0~2000 m水深热含量均有不同程度的增加,海洋热含量异常增幅超过2×10^(8)J m^(2)。2013年以后,700~2000 m水深的海域表现出持续增暖趋势,至2017年,全球0~2000 m水深变暖加剧。700 m水深的温度异常在海洋热含量整体变化中贡献突出。热带东太平洋海域在厄尔尼诺之前积蓄热量,在厄尔尼诺期间之后失去热量,同时也向南、向北散发热量以中和前期积蓄的热量,变暖范围向赤道南、北两侧扩展。热带东太平洋海洋热含量正异常峰值先于ENSO(El Ni o-Southern Oscillation)指数约0~1个月。由上述结论可知,GDCSM-Argo数据集能够更细致地刻画海洋热含量的时空演变。

关键词：海洋热含量 GDCSM-Argo 时空演变气候变化

基于人工神经网络的全球海洋热含量遥感反演及时序预测

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基于人工神经网络的全球海洋热含量遥感反演及时序预测

作者：张浩杰福州大学

学位级别：硕士

海洋热含量(Ocean Heat Content,OHC)是理解地球气候的重要指标,是海洋储热的重要表达形式和直接反应。由温室气体导致的地球能量不守恒(Earth’s Energy Imbalance,EEI)在海洋中的垂向分布对理解海洋气候系统具有重大的意义。只有充分... 详细信息

海洋热含量(Ocean Heat Content,OHC)是理解地球气候的重要指标,是海洋储热的重要表达形式和直接反应。由温室气体导致的地球能量不守恒(Earth’s Energy Imbalance,EEI)在海洋中的垂向分布对理解海洋气候系统具有重大的意义。只有充分的了解海洋热量的分布以及再分配过程,才能更好地认识和预测未来气候变化。然而,海洋内部缺乏实测数据限制了对全球海洋内部变异的研究,例如对于1998-2013年发生的全球增暖停滞(hiatus)现象的研究就突出了这一不足。因此发展和构建长时序、全覆盖的海洋内部热含量数据对海洋动力和气候变化的研究具有重要意义。本研究采用卫星遥感数据(海表高度、海表温度和海表风场)、时空信息(时间、经度、纬度)结合2005年以后的Argo(Array for Real-time Geostrophic Oceanography)浮标格点数据,利用优化的人工神经网络模型反演不同深度范围(表层至300 m、700 m、1500 m、2000 m四个深度范围)的全球海洋热含量信息,重建1993-2019年全球海洋热含量数据。此外,利用第六次国际耦合模式比较计划(Commentary on the Coupled Model Intercomparison Project Phase 6,CMIP6)的模式数据重建1850-2100年长时序海洋热含量数据集,用于海洋历史和未来暖化趋势分析。基于以上方法,重建形成一套全新的遥感海洋热含量数据产品,称之为海洋映射和扩展神经网络(Ocean Projection and Extension neural Network,OPEN)数据集。本文的主要研究内容与成果如下:(1)海洋热含量遥感反演模型构建与优化。深海遥感模型主要优化输入参数和网络结构。通过分析不同数据源敏感性,测试不同海表参量的重要性,选取输入数据的最佳时间范围,从而完成输入参数优化。研究表明卫星数据源比Argo(Array for Real-Time Geostrophic Oceanography)数据更适合作为输入参数,海面高度和海表温度对构建模型最为重要,其次为海表风场,最后为海表盐度;经纬度信息以及时间信息可以有效提高模型精度,大约能够提高10%。输入参数时间优化依次从年际、年代际时间尺度选取,以模型泛化能力为依据,结果表明9年训练数据最佳。网络优化主要以网络结构、神经元数以及激活函数三个方面,以长时序线性趋势作为精度指标,最终优化结果以隐藏层为3、神经元为40。(2)1993-2019年全球海洋热含量时序遥感反演。利用前述最优深海遥感模型,反演1993-2015不同深度的OHC数据。将回填数据与EN4/IAP等基于实测数据插值的全球热含量数据进行比较,决定系数最低为0.95,相对均方根误差小于0.2。进而,为了估计人工神经网络方法和数据子集带来的不确定性,选取不同的训练时间窗口,如2005-2013年,2006-2014年,……,2010-2018年,定义六个不同的训练子集;以六个子集的3倍标准差作为OHC时序后报的不确定性。分析OPEN与其他OHC数据在全球及各大洋盆的线性趋势以及空间形态发现,OPEN更接近实测数据,在空间形态分布上与Argo数据更为接近。OPEN数据在1993-2010和1998-2015时期的增暖趋势证实了全球增暖停滞可能更加偏向海洋热量的再分配而不是真正的增暖减缓。(3)基于CMIP6的历史海洋热含量重建及海洋暖化趋势预测。本研究利用CMIP6中的历史模式数据代替卫星数据反演长时序1850-2100年OHC趋势。首先利用CMIP6中的模式数据代替卫星数据重现1993-2014 OHC变化趋势,结果表明模式数据代替卫星数据反演OHC的可行性。其次利用模式数据重建1850-2014 OHC数据,为研究历史海洋暖化规律提供数据支撑。最后,预估2015-2100年海洋暖化形势,分析全球气候变化趋势。因此,OPEN数据产品可以为全球气候变化研究提供重要的数据补充。

关键词：深海遥感遥感数据神经网络海洋热含量时序预测

海洋热含量对太阳总辐射11年周期变化的响应

同方学位论文库评论

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气象科技进展 2014年第4期4卷 13-18页

作者：王刚颜双喜林敏国家海洋局数据分析与应用重点实验室国家海洋局第一海洋研究所青岛266061 国家海洋局海洋环境科学与数值模拟重点实验室国家海洋局第一海洋研究所青岛266061 中国海洋大学数学科学学院数学系青岛266100

地球接收到的太阳总辐射(TSI)存在一个约11年的微小周期变化,该变化可能对地球气候系统造成影响。众多研究表明,局部海域海表面温度、海洋热含量的平均时间序列与TSI的11年周期变化有显著的相关性。但海洋对太阳辐射11年周期的响应并非... 详细信息

地球接收到的太阳总辐射(TSI)存在一个约11年的微小周期变化,该变化可能对地球气候系统造成影响。众多研究表明,局部海域海表面温度、海洋热含量的平均时间序列与TSI的11年周期变化有显著的相关性。但海洋对太阳辐射11年周期的响应并非空间均匀的,响应机制也不确定。这里采用合成平均差方法,根据太阳活动的高值年和低值年,对美国国家海洋和大气管理局(NOAA)和日本气象厅(JMA)的全球上700m热含量进行合成分析。两套数据产品得到的海洋热含量对太阳辐射的响应空间模态基本一致。在太平洋分别选取其中一个正响应区域和一个负响应区域,发现这两个区域的上700m热含量确实存在较明显的11年周期变化。

关键词：太阳总辐射海表面温度海洋热含量

2013-2020年太平洋快速增暖现象的辨识与时空特征研究

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海洋学报 2024年第2期46卷 28-39页

作者：赵茜王欣玉贾岚钰郭永青浙江海洋大学海洋科学与技术学院浙江舟山316000

利用基于Argo的多套次表层温盐观测数据,本文分析了2004-2020年太平洋0~1500 m海洋热含量的变化趋势。研究发现,太平洋海洋热含量在2013年出现长期趋势的转变。2013-2020年太平洋海洋热含量相对于2004-2012年快速增加,前者线性趋势达到... 详细信息

利用基于Argo的多套次表层温盐观测数据,本文分析了2004-2020年太平洋0~1500 m海洋热含量的变化趋势。研究发现,太平洋海洋热含量在2013年出现长期趋势的转变。2013-2020年太平洋海洋热含量相对于2004-2012年快速增加,前者线性趋势达到约0.50×10^(22)J/a,显著高于后者。近期太平洋出现了快速增暖现象。2013-2020年间,太平洋海洋热含量线性增加趋势最大出现在北太平洋西部,其次是热带太平洋和北太平洋东部,而整个南太平洋海洋热含量呈略微减少趋势。在北太平洋西部,海洋热含量快速增加集中在黑潮延伸体海域,该增暖趋势很可能是由黑潮延伸体主轴北移引起的。值得一提的是,日本以南出现了局地海洋热含量减少趋势,该变冷趋势与黑潮大弯曲不断加深有关。在增暖趋势次之的热带太平洋,海洋热含量的快速增加很可能是由温跃层快速加深导致的。此外,太平洋快速增暖反映在海表高度快速升高之中。1 cm/a的海表高度线性趋势对应于0.11×10^(9)J/(m^(2)·a)的海洋热含量线性趋势。本研究揭示了全球变暖停滞结束以来太平洋快速增暖现象,加深了对近期太平洋热力状况的认识。

关键词：海洋热含量太平洋快速增暖黑潮延伸体主轴北移黑潮大弯曲温跃层加深

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物理海洋观测研究的进展与挑战

地球科学进展 2013年第5期28卷 542-551页

作者：吴立新陈朝晖中国海洋大学物理海洋教育部重点实验室山东青岛266003

从当今物理海洋所面临的若干前沿科学问题出发,重点探讨了物理海洋观测研究所面临的任务与挑战,包括大洋边界流系统、海洋湍流及跨等密度面混合以及海洋热含量和淡水平衡等。在已有的基础上,对我国在深海研究领域特别是物理海洋观测方... 详细信息

从当今物理海洋所面临的若干前沿科学问题出发,重点探讨了物理海洋观测研究所面临的任务与挑战,包括大洋边界流系统、海洋湍流及跨等密度面混合以及海洋热含量和淡水平衡等。在已有的基础上,对我国在深海研究领域特别是物理海洋观测方面提出了几点针对性的建议。

关键词：边界流湍流跨等密度面混合海洋热含量淡水平衡