IMPACTS OF THE TROPICAL PACIFIC COUPLED PROCESS ON THE INTERANNUAL VARIABILITY IN THE INDIAN OCEAN

The basic features of climatology and interannual variations of tropical Pacific and Indian Oceans were analyzed using a coupled general circulation model (CGCM), which was constituted with an intermediate 2.5-layer ocean model and atmosphere model ECHAM4. The CGCM well captures the spatial and temporal structure of the Pacific El Nino-Southern Oscillation (ENSO) and the variability features in the tropical Indian Ocean. The influence of Pacific air-sea coupled process on the Indian Ocean variability was investigated carefully by conducting numerical experiments. Results show that the occurrence frequency of positive/negative Indian Ocean Dipole (IOD) event will decrease/increase with the presence/absence of the coupled process in the Pacific Ocean. Further analysis demonstrated that the air-sea coupled process in the Pacific Ocean affects the IOD variability mainly by influencing the zonal gradient of thermocline via modulating the background sea surface wind.

黑潮流系与暖池区晚更新世以来的古环境研究

为了填补在菲律宾以东的黑潮源区古环境研究上的空白，加深对于晚更新世以来黑潮流系的变动记录及其驱动机制的了解，以及明确黑潮与低纬度太平洋（西太平洋暖池）古环境变动之间的相关关系，对于黑潮源区的Ph05孔、西太平洋暖池中心的WP3孔、冲绳海槽的CSH1孔的浮游有孔虫动物群落，岩心的粒度矿物组成、碳酸盐含量变化以及有机碳含量等地化指标进行了分析，并结合前人所做的黑潮主流区的WP3孔和DGKS9603孔的数据资料，对于黑潮流系以及西太平洋暖池晚更新世以来的古环境记录进行了分析。 结果表明黑潮源区与西太平洋暖池核心区的长时间尺度的ENSO式的上层水体结构变动对于浮游有孔虫种群组合与生产力变动的控制作用十分显著，生产力的变动领先于全球冰量的变动数千年，而与南极Vostok冰芯中的CO2浓度变化几乎同步，意味着低纬度地区的“生物泵”作用对于调节大气CO2浓度变动很可能起到了主导作用，并且以此为媒介引起全球气候系统的变动，这一结果与近年来提出的热带驱动气候系统变动模式相符。 黑潮源区和暖池区冬季SST仍主要受控于冰期－间冰期旋回的变动，而夏季SST主要受控于低纬度太阳辐射变动的影响；太阳辐射引起的海陆温度梯度导致的冬季风强度变化是引起Ph05孔粉砂粒级组分变动的主要因素，黑潮源区的矿物成分受到东亚冬季风所带来的陆源物质、低纬过程控制的风化作用强度以及火山作用的影响；碳酸盐旋回受控于水深因素，水深最大的Ph05孔受到底层水溶解作用最为强烈，而WP7孔碳酸盐旋回的主要控制因素是钙质生物生产力的变动，另外黑潮源区的碳酸盐含量受到频繁的火山活动的影响。 低纬与高纬气候驱动因子在黑潮源区附近相互耦合，产生30ka的特征周期，当超大型ENSO发生时，暖池收缩，北赤道流减弱，黑潮流速流量随即减小；末次冰期中黑潮仍然存在于冲绳海槽内部，16kaBP之前对马暖流不存在，冲绳海槽北部存在明显的水体上涌和河流的注入，16-8.5kaBP之间是对马暖流的发育期，而稳定的对马暖流形成是在8.5kaBP左右，对马暖流水体主要来源于黑潮主干。

近海面气象参数的反演及应用研究

全球气候与人类活动密切相关，气候研究一直是现代科学家关注的重点问题之一。过去海面气象参数的研究主要借助于浮标和站点的观测，但是它们稀少的观测资料极大地限制了海面气象参数的研究。现在借助卫星观测大大地提高我们的认识能力，卫星可以对全球海洋进行连续观测，获取长期大范围的海洋气象资料，为全面深入地了解大洋甚至全球大气活动提供可能。 本文的工作就是利用卫星资料进行月平均和实时的近海面气象参数的反演及应用研究。利用近十八年SSM/I和AVHRR卫星资料与实测资料进行结合，建立神经网络（ANN）模型反演近海面月平均气温和湿度，与实测资料相比气温的均方根差为0.87 ℃，相关系数为 0.99，相对湿度的均方根差为3.73%，相关性为0.65。利用同步物理方法从TOVS资料反演中国海区上空1000mb到10mb之间的温湿廓线，再利用神经网络方法和基于Bowen比的方法从温湿廓线的结果反演出近海面处的实时气温和露温参数，取得了比较合理的结果，气温和露温结果的均方根差分别是1.85K和2.59K（与实测数据相比）。利用2005年1月的AMSR-E亮温资料对实时气象参数反演进行探讨，分析AMSR-E的各个探测通道与海表温度、近海面气温、湿度和风速等参数的相关性，把12个通道分为四种情况并在每种情况下分别进行试验，选择最合适的组合通道并进行气象参数的反演，结果与TAO资料进行比较，海表温度的均方根差是0.55℃，近海面气温的均方根差是0.74℃，海面湿度的均方根差是3.24%，海面风速的均方根差是1.11m/s。目前，与其它结果相比该结果的精度是最好的。 把以上反演得到的近海面气象参数结果应用于海气界面热通量的计算，以更好地研究海气相互作用。分别采用神经网络和Bulk公式两种方法计算月平均潜热和感热通量，结果与GSSTF2资料进行比较，Bulk方法反演的感热和潜热的均方根差分别为9.05±4.6 W/m2和23.7±4.0 W/m2，ANN模型得到的分别是7.54±3.0 W/m2和20.1±3.2 W/m2，，结果表明ANN模型得到的结果明显的好于Bulk公式。ANN模型反演的全球潜热和感热结果在空间分布上与GSSTF2的吻合很好，但在极大值区，ANN模型得到的结果偏小。把AMSR-E亮温资料反演得到的实时的海表温度、近海面气温、湿度和风速四个参数结合ANN模型，计算太平洋赤道地区的实时感热和潜热通量。 对反演得到的约18年近海面月平均气温进行年变化分析,得知近18年里气温呈现上升趋势。近海面气温在反映气候异常信息上有与海表温度相似的表达性，1989冷事件年，全球平均海面气温明显偏低（14.25℃），1998暖事件年，平均海面气温值最大（14.57℃ ）。用经验正交函数（EOF）和经验模态分解（EMD）分析近海面气温的距平变化，得到的前三个主要模态解释了84%的总体变化，EOF1解释了76.1%的变化，主要表达了太阳辐射引起的年周期气温变化；EOF2解释了4.6%的变化，主要解释ENSO对气温异常的作用；EOF3（3.3%）的空间模态呈现了很多有趣的现象，比如气温正异常主要表现在北半球的高纬度区，南极附近高低起伏的气温异常可以作为南极绕极流的一个证据等。

东亚低空异常季风风场时空特征分析

应用矢量经验正交函数（Vector EOF）方法和长序列网格点风距平资料对东亚季风区低空异常风场进行分析，以揭示东亚季风区矢量风场异常的主要模态及其年际、年代际振荡特征和成因。 研究方法包括： 1)EOF方法是将一个空间观测场的时间序列资料分解成若干重要的正交的空间和时间模态，从而提取大气和海洋观测资料的主要时空变率特征（即模态）。目前，EOF模态也可直接由奇异值分解（SVD）方法计算获得，勿需再对观测资料矩阵进行协方差矩阵的计算。首先将风场资料集的 分量矩阵和 分量矩阵融合成为一个新矩阵 ，然后对该新矩阵 应用SVD方法进行计算，获得 分量和 分量的主要的EOF空间模态及其统一的时间模态。最后，将 分量和 分量的各主要空间模态进行合并处理，形成矢量形式的彼此正交的EOF空间模态。由于是对矩阵 进行EOF分解（而不是对 和 分别进行EOF分解），所获得的 和 的空间特征模态对应于相同的时间系数，从而可以合并成为一个具有现实意义的特征风场（即全风矢量场）。 2)将滤波技术（例如，Butterworth滤波器）和各种谱分析技术（包括功率谱、交叉谱和奇异谱SSA）应用于时间模态，探讨其年际、年代际振荡特征及与ENSO的联系。 所使用资料为NCEP/NCAR提出的1950年1月至2004年12月850 hPa全球月平均风场网格点资料，资料分辨率为2.5°×2.5°。研究区为0～50N，100～150E。 结果表明，东亚异常季风典型流场第一模态（VEOF-1）属于ENSO相关模态，其时间模态与Nino3指数之间具有较高的负相关关系，但以季风异常滞后ENSO进程6～8个月为最显著。这表明，东亚热带和副热带季风风场变异与ENSO之间联系紧密。提出了一个VEOF-1对ENSO响应的概念模型。 前6个模态，其积累方差贡献率接近60％，基本可表达东亚季风区风场异常的典型类型。 （1）东亚异常季风模态VEOF-1以年际尺度振荡最为显著（是年际尺度振荡的代表模态），并以2～4年周期为最显著；东亚异常季风模态VEOF-2至VEOF-4则主要表现为11年～20年尺度的年代际变化。 （2）东亚异常季风VEOF-1时间模态与Nino3指数之间具有较高的负相关，并以VEOF-1落后Nino3距平变化6～8个月为最显著。 对矢量风距平流场作VEOF展开，能揭示季风变异的空间结构特征和时间振荡规律，并具有直观的天气学意义。 VEOF-1属于ENSO相关模态，其时间模态与Nino3指数之间具有较高的负相关关系，但以季风异常的响应滞后ENSO事件6～8个月为最显著。也即在它们之间的遥相关关系中，赤道东太平洋SST持续地异常升高（降低），6～8个月后东亚异常季风VEOF-1模态明显减弱（加强）。

热带西太平洋边缘晚第四纪以来的古环境研究

利用取自热带太平洋边缘的5个柱状岩芯Ph05-5、WP3、MD2908、Z14-6和WP7，通过对其微体古生物和生物地球化学成分的分析，结合浮游有孔虫氧、碳同位素数据、AMS14C测年结果和已有的研究资料，分别研究了热带西太平洋边缘晚第四纪以来的钙质超微化石群落特征、碳酸盐旋回、超微化石氧碳同位素特征、古生产力和上层海水结构演化以及高分辨率东亚夏季风指标，并探讨了碳酸盐旋回、古生产力和上层海水结构演化、全新世东亚夏季风强弱变化的控制机制，以及钙质超微化石下透光带属种Florisphaera profunda的相对百分含量变化在热带太平洋边缘的古环境指示意义及不同环境条件下的控制机制。 西菲律宾海Ph05-5岩芯和台湾东南部WP3岩芯中CaCO3和钙质超微化石碳酸盐溶解指数、初级生产力指标的变化显示约190 kyr BP以来CaCO3含量整体上都表现为冰期高、间冰期低的“太平洋型”旋回特征，但菲律宾以东海区在末次冰期（MIS 4~2期）内部又显示出间冰段含量高、冰段含量低的“大西洋型”旋回特征。碳酸盐旋回的主要控制因素在菲律宾以东海区是碳酸盐溶解作用，而台湾东南海区则是初级生产力变化引起的钙质生物输入量的波动。 西菲律宾海Ph05-5岩芯中190 kyr BP以来的钙质超微化石δ18O值在末次间冰期（MIS 5e）和全新世明显低于末次冰期（MIS 5d~2）和倒数第二次冰期（MIS 6）。超微化石δ18O值与浮游和底栖有孔虫δ18O值都呈明显的正相关关系，但是超微化石的δ18O平均值重于表层浮游有孔虫Globigeriniodes rubber，轻于中层Neogloboquadrina dutertrei。超微化石δ13C值变化与其绝对丰度变化表明西菲律宾海区大约在MIS 6和MIS 5e期，表层海水初级生产力相当稳定且显著低于其它各时期；约从MIS 5d期开始表层初级生产力显著上升，并一直持续到末次冰期；在MIS1、2期，表层初级生产力有所下降，但仍高于MIS 6和MIS 5e期。 Ph05-5岩芯中钙质超微化石下透光带属种F. profunda相对百分含量和浮游有孔虫转换函数的温跃层深度变化表明西太平洋暖池北缘约190 kyr BP 以来，营养跃层和温跃层冰期（MIS 6期和5d~2期）浅，间冰期（MIS5e）和全新世深，MIS5e期是最近两个冰期旋回中营养跃层和温跃层深度最深的时期。F. profunda百分含量初级生产力转换方程计算结果和与钙质超微化石绝对丰度的变化显示冰期初级生产力高，间冰期和全新世初级生产力低， MIS5e期初级生产力最低。此外，Δδ13C C. wullerstorf-coccolith和Δδ13C C. wullerstorf-N. dutertrei差值的变化也说明190 kyr BP以来冰期表层输出生产力高于间冰期，其中最为突出的特征也是MIS5e期为生产力输出的最低值期。上层海水结构和生产力的上述变化特征与现代La Niňa事件爆发时的海洋环境相当类似，该海区MIS5e期可能是La Niňa事件频繁爆发的一段时期，可以与现代La Niňa现象类比。同时，根据Wyrtki提出的信风张弛理论推测MIS5e期，由于La Niňa事件的频繁爆发黑潮主流应该是增强的。 热带西太平洋暖池核心区WP7岩芯中250 kyr BP以来的初级生产力在间冰期明显低于冰期，间冰期生产力相对稳定，冰期(MIS6，4和2)生产力升降幅度较大；冰期向间冰期过渡的冰消期内生产力的降低是相对缓慢的，而间冰期向冰期过渡时生产力的增加是迅速的。初级生产力指标的交叉频谱分析显示出偏心率、斜率、岁差（半岁差）、30kyr和50kyr周期。说明暖池区晚第四纪以来古生产力变动除了受全球冰量变动控制以外，低纬区的岁差驱动也是主要控制因子。约250 kyr BP以来古生产力的变化与Vostok冰心的CO2记录在30kyr周期上高度相关，低CO2值与高生产力相对应，印证了大洋初级生产力在全球碳循环中扮演了重要的“吸收者”的角色，30kyr周期是赤道太平洋地区生物生产力ENSO式变化特征的体现，这也证明了低纬地区生物泵在控制大气CO2浓度方面的重要作用。另外，在岁差周期段，底栖有孔虫U+B含量和N. dutertrei δ13C代表的生产力变动领先于有孔虫δ18O代表的冰体积变化约2.6~7kyr（0.5kyr,2.6 kyr,4.2 kyr, 7kyr），表明在千年时间尺度上日射是该区生产力变化的直接驱动力，两极冰体积变化（δ18O）没有明显的影响低纬气候波动。 对热带西太平洋边缘海区WP7、Ph05-5、WP3和Z14-6四个岩芯中晚第四纪以来超微化石下透光带属种F. profunda相对百分含量变化进行横向对比研究表明，F. profunda百分含量分布并非简单受水深控制，而是由海水上层复杂的生态因素所决定；F. profunda相对百分含量变化曲线与浮游有孔虫N. dutertrei氧同位素曲线呈不同程度的相关性，N. dutertrei 氧同位素越轻，对应的F. profunda相对百分含量越高；冲绳海槽中部的Z14-6岩芯中F. profunda相对含量变化的主控因子是黑潮流的强弱变化；WP7和Ph05-5两个岩芯中F. profunda相对含量变化与低纬地区暖池变化特征密切相关。 6800 yr BP以来台湾东北部MD2908岩芯中F. profunda相对百分含量变化与太阳黑子数量呈明显的反相关关系，而且3700 yrBP以来更为明显。由于F. profunda相对百分含量变化与该地区东亚夏季风引起的降雨量密切相关，所以推测6800 yr BP以来东亚夏季风受太阳活动影响，其中的纽带是IZCT的纬向位置变动。

北太平洋低纬度西边界流的时空特征和变异规律研究

北太平洋低纬度西边界流连接着太平洋热带环流和副热带环流，对于世界大洋经向质量、热量和盐量输送起着重要的作用，对北赤道流（NEC）、源区黑潮（KC）和棉兰老流（MC）的时空特征和变异规律进行研究，对认识北太平洋西边界流海洋在全球气候系统中的作用具有重要的理论和实践意义。 本文利用1957-2006年共50年的涡解高分辨率OFES（OGCM for the Earth Simulator）海洋模式资料，对北太平洋低纬度西边界流的时空特征和变异规律进行了分析，结果表明： （1）涡解高分辨率的OFES模式数据结果较SODA能更好地刻画NMK流系三维空间结构的分布特征；黑潮源区涡结构的变化，MUC、 LUC及NEC下的东向流也得到了较好的刻画；其空间结构与实测结果相吻合。 （2）北太平洋低纬度西边界流NMK流系流量具有明显的季节、年际和年代际变化，NEC、KC和MC流量的变化周期频谱较宽,主要为3－6个月的季节振荡和2-7年左右ENSO尺度周期以及10年以上周期的年代际变化。MC主要表现为准两年周期振荡。 （3）NEC、MC流量变化表现为单峰型分布，春季最大（5月），秋季最小（11月）；KC流量的变化为双峰型，大值出现在春季和夏末秋初，春季最大（4月），秋季次之，冬季最小（1月）。在季节时间尺度上，NEC、MC流量同相变化，除冬季外，KC与MC输运反向。 （4） 在年际时间尺度上，受北赤道流流量变化的影响，NEC与KC、MC流量之间为正相关关系；KC与MC分配量（北赤道流向北、向南的经向分配量）之间则为强的负相关关系，其年际异常变化与NEC分叉位置的变化和冷、暖ENSO事件发生密切相关。分叉位置偏北（南）时，KC分配量小（大）而MC分配量大（小）；在El Nino年，KC分配量小，MC分配量大，La Nina年情况则刚好相反。 （5）在年代际时间尺度上，在70年代末气候跃变以后，NEC、KC和MC流量明显减少，NMK环流系统减弱。NEC的减弱主要受上世纪80年代以后ENSO暖事件发生频率和强度的增加所影响，而KC和MC的减弱则主要受NEC减弱控制。同时发现，NEC分叉位置存有明显的年代际变化，在气候跃变以后有长期偏北的趋势，受其影响，与之相对应的是北赤道流向南经向分配量的增加和向北流量分配率的减少。 关键词：北太平洋，低纬度西边界流，北赤道流分叉，ENSO

南海上层海洋变异分析及海表温度统计学可预报性试验

气候变化和异常是当今地球科学研究的重大课题之一，与人类的生存、发展密切相关。南海作为我国最大的边缘海, 位于夏季风气流上游, 同时，作为热带太平洋的边缘海，具有显著的年际变异特征。近年来，随着卫星资料的积累和产品化使得我们有机会对南海的上层海洋要素进行全面的直接的观察，并进行南海气候异常变异及其可预报性的研究。 本文的研究内容就是利用近年来卫星资料产品，对南海主要海面要素，包括海面风场（SW）、表层温度场（SST）、海面高度场（SSH）的气候变化趋势以及南海表层温度变异的可预测性进行细致的探讨，并且利用较新的分析方法对南海上层海洋要素在近年来的非线性变异特点进行了分析。主要工作包括： 1. 采用南海卫星高度计及具有高精度模式输出结果通过联合经验正交函数分解（EOF）得到空间分辨率为1/3°×1/3°的南海绝对动力地形及地转流的季节变化（1－12个月）。从地转流场可以看到南海内部的表层流场主要有3种流系：西边界流、离岸流及南海多涡涡旋结构。 2. 通过南海海表大气和海洋要素（SW、风应力、SST、SSH）的气候变化趋势分析计算得到南海SST平均增暖0.5K/decade，海面高度升高6.7cm/decade，表层风场东分量和北分量的变化趋势分别为0.5m/s/decade、-0.04m/s/decade。其中南海SST增暖趋势和海面抬升速率远大于全球增暖和海面抬升速率。 3. 对南海SW、SSH和SST的异常场的EOF分析揭示南海SW、SSH及SST的年际尺度变化均表现出与ENSO变异现象一定的相关性：其中南海SW的第一模态特征表现为海盆尺度的反气旋，是西太平洋反气旋的最西南的一部分。对应的时间系数函数（TCF）滞后Nino3.4指数3个月，相关系数较高为0.90。南海SW的第二模态特征表现为均一化的西南风，TCF与印度洋偶极子（IOD）指数有一定相关性：TCF超前IOD指数4个月，相关系数达到0.58,表明南海SW第二模态似乎可以用来作印度洋偶极子现象的一个前兆。南海SSH的EOF第一模态特征为沿着南海东边界低水位，对应的TCF滞后Nino3.4指数2个月时间，二者相关系数为0.94；南海SST的EOF第一模态特征表现为整个海盆的增暖，对应的TCF与滞后Nino3.4指数8个月，相关系数等于0.62。 4. 基于典型相关分析（CCA），利用南海SSTA滞后热带太平洋Nino指数及印度洋IOD指数的关系建立南海SSTA的统计预报模式。通过对南海SSTA后报试验（1993/1994-2004年10月）与持续性预报值的预报效果进行比较分析，表明基于CCA统计方法对南海SSTA后期预报在预报时效超过3个月以上时具有更好的稳定性，提前1～12个月的后期预报水平平均值为0.60左右，误差均方根大约0.2个标准差。综合热带太平洋Nino指数为预报因子作南海SSTA统计预报的平均水平为0.55左右，亦具有较好的稳定性。 5. 基于前馈型神经网络，对南海近年的表层要素场（SW、SSH、SST）作非线性EOF分析。其中非线性EOF第一模态方差贡献与线性EOF相比均相应提高：海面风场、海面高度场的非线性作用较强，非线性EOF第一模态对变量场的方差贡献与线性EOF方法相比分别从54.75%提高到67.26%和50.43%提高至60.24%，非线性曲率强的空间范围占据绝大部分南海海域；相比较而言，南海SSTA场的非线性EOF第一模态的方差贡献提高不明显,非线性特征明显的区域仅在南海北部和南部靠近大陆的海区。对南海SSTA场1982-2003年时间长度的数据进行非线性与线性EOF分析比较，发现南海SSTA在近20年的非线性EOF分析中得到的非线性特征更不明显，表明与前10年相比，南海近10年的南海SSTA场的非线性成分有所增强。

热带海洋海温变率预报及可预报性研究

热带海洋是大尺度海气相互作用的关键区域，对全球气候变化有重要影响。厄尔尼诺与南方涛动（ENSO）及热带大西洋变率（TAV）是分别是热带太平洋、大西洋的最显著气候变率。对热带海洋海表温度（SST）的预报是预报ENSO和TAV的关键要素，对全球气候、生态环境及许多国家的防灾减灾、经济发展有非常重要的意义。 本文利用一个中等复杂程度的海－气耦合模式CCM3－RGO，对1980－2000年热带海洋SST变率进行回顾性预报。并创新性地在耦合模式中加入大气噪声过滤器，检验天气噪声等因素对预报的影响。 第一部分工作为ENSO预报。本文改进了初始化方案，并应用噪声过滤器减少天气噪声对耦合过程的影响，显著提高了ENSO预报技能，达到同类研究的先进水平。进一步分析表明，采用耦合同化方法产生的、与模式相容性和准确性皆优的初始条件，对2个季节以内的ENSO预报技巧的提高起主要作用；在适宜的初始条件下，过滤风应力中的天气噪声，可以增强海－气耦合过程的信噪比，改善模式对风－温跃层－SST相互作用的Bjerknes反馈机制的正确响应，对3－4季节预报技巧的改进起主要作用。 第二部分为热带大西洋SST预报。发现过滤热通量中的天气噪声可以加强局地热力学反馈，对以往预报水平较低的南热带大西洋SST预报有显著的改进作用。

西太平洋—印度洋—青藏高原气候系统在南海夏季风爆发过程中的作用

本文利用美国国家环境预测中心和国家大气研究中心(NCEP/NCAR—National Centers for Environmental Prediction/National Center for Atmospheric Research)的位势高度、气温、风速等大气资料、欧洲中期天气预报中心 （ECMWF—European Centre for Medium-Range Weather Forecasts—ERA-40）的雪深资料、美国国家海洋大气管理局（NOAA—National Oceanic and Atmospheric Administration）的海表温度（SST）资料、美国Scripps海洋研究所的上层海洋热含量资料等，采取相关分析、合成分析、经验正交函数分析、小波分析和小波交叉谱分析等统计分析方法，系统深入地讨论了西太平洋—印度洋—青藏高原气候系统在南海夏季风爆发过程中的作用。得到的主要结论如下： 1. 西太平洋和印度洋在南海夏季风爆发过程中起着关键作用 利用1951－1998年多种大气海洋资料，分析研究结果表明，西太平洋（暖池热含量）、印度洋（纬向风）在南海夏季风爆发中起关键的调控作用：以1970年为界，1970年之前，印度洋起主要作用，1970年之后西太平洋起主要作用，这主要是1970前后北极涛动有明显跃变的原因，这种跃变决定了印度洋在南海夏季风爆发中是否起决定作用（西风异常或东风异常），进而，决定了有利于或不利于南海夏季风的爆发。 1970年之前，北极涛动指数为负值，海陆温差（海上气温减大陆气温）是负值，大陆气温偏高，印度洋气温相对偏低，印度洋出现西风异常，有利于南海夏季风早爆发。在此期间，与印度洋SST密切相关的南印度洋偶极子的变化也与南海夏季风的爆发紧密相联。当南印度洋为正偶极子（西南印度洋SST为正异常，印度洋其他区域的SST为负异常）时，北印度洋为西风异常，南海夏季风爆发偏早；南印度洋为负偶极子（西南印度洋SST为负异常，印度洋其他地区的SST为正异常）时，北印度洋为东风异常，南海夏季风爆发偏晚。 1970年之后，北极涛动指数为正值，海陆气温差为正值，印度洋的状态不利于南海季风爆发；在这种情况下，西太平洋暖池的热含量则成为控制南海夏季风爆发的主要原因：暖池变暖的年份，即 La Niña 年，南海夏季风爆发早（强），反之，当暖池变冷的年份，即El Niño年，南海季风爆发晚（弱），即，南海夏季风爆发的早（强）晚（弱）与ENSO事件密切相关。 2.青藏高原春季积雪对南海夏季风爆发有重要的影响 1958-2003年青藏高原3月积雪厚度与南海夏季风爆发时间存在着很好的正相关。青藏高原3月积雪厚度偏厚时，其500毫巴以上的气温偏低，上层海陆之间的气温差是正值，南亚高压向西北方向的移动速度变慢，上层东风偏弱，西太平洋地区的上层辐散和下层辐合变弱，西太平洋暖池热含量偏少，南海夏季风爆发偏晚（弱）。同时，下层850毫巴东印度洋异常大气是东风和跨赤道反气旋对，南海被东风异常所控制，这种大气环流形势不利于南海夏季风的爆发；青藏高原3月积雪厚度偏薄时，其500毫巴以上的气温偏高，上层海陆之间的气温差是负值，上层南亚高压在南亚地区建立较早，上层东风偏强，西太平洋地区的上层辐散和下层辐合偏强，西太平洋暖池热含量偏多，南海夏季风爆发偏早（强）。同时，下层850毫巴东印度洋低层大气是西风异常和跨赤道气旋对，南海被西南风异常所控制，有利于南海夏季风的爆发。 研究结果还表明，青藏高原春季的积雪与厄尔尼诺事件存在着密切的关系。在厄尔尼诺鼎盛期的冬季，各种条件都有利于青藏高原的降雪，从而，来年春天的积雪则变厚，不利于南海季风的爆发。 3. 南海夏季风爆发的预测 1970年之后，西太平洋暖池的热含量与南海夏季风的爆发早晚有非常好的负相关。据此，我们可以通过西太平洋暖池热含量的变化来预测南海夏季风的爆发。通过暖池区海洋上层400米热含量的分析研究，我们找到了西太平洋暖池热含量变化的代表站点（以3N，138E为中心的1°×1°范围），其热含量变化能很好代表整个西太平洋暖池热含量的变化（相关系数大于0.85）。在此基础上，文章用1993-2007年热带大气海洋浮标列阵（TAO-Tropical Atmosphere Ocean-array）中最靠近该站点的浮标（2N, 137E）资料验证了上述选择站点的代表性和相应的预测能力。1993-2004年TAO浮标（2N, 137E）3月上层400米和500米海洋热含量与南海夏季风爆发时间的相关系数分别是-0.75，-0.73，置信度均超过99%；用1993-2007年4月份TAO浮标（2N, 137E）上层400米和500米海洋热含量与南海夏季风爆发时间作相关则相关系数均为-0.83，置信度超过99%。因此，我们可以通过3月或者4月份该TAO浮标（2N, 137E）的热含量来预测当年南海夏季风爆发的早（强）晚（弱）。 总之，南海夏季风爆发以1970年为界存在明显的年代际变化，1970年之前，主要受印度洋控制，1970年之后，南海夏季风爆发主要受控于太平洋（西太平洋暖池），这种变化是由北极涛动年代际变化引起的，。青藏高原春季积雪也对南海夏季风有重要影响，但主要受ENSO控制。因此，我们认为西太平洋—印度洋—青藏高原气候系统在南海夏季风爆发中起着重要的调控作用：西太平洋的作用当属第一位，印度洋的作用居第二，青藏高原的作用最弱。

热带印度洋低频Rossby波及其对上层热结构的影响

Rossby波是地球物理流体动力学中非常重要的一种波动，海洋斜压长Rossby波在海洋动力过程中起着相当重要的作用。它维持并影响强西边界流，是海盆内能量传播的主要机制，它所携带的变异信号从大洋的东边界传播到内部，对海气耦合系统起到很重要的作用。热带印度洋是季风爆发的源地，对季风的年际变化具有重要影响。研究热带印度洋对理解季风变率和提高季风预测水平有重要的科学和应用价值。 本文利用TOPEX/Poseidon等高度计资料、美国国家海洋数据中心（NODC）的世界海洋图集（WOA05）长期气候态水文资料、美国Scripps海洋研究所的上层海温资料、中国Argo资料中心提供的Argo资料、美国国家环境预测中心（NCEP）的海表面温度、FSU（Florida State University）月平均风场和海气界面热通量等观测数据，全面分析了热带印度洋低频Rossby波的基本特征，并深入研究了低频Rossby波的生成机制及其对上层海洋热结构的影响。 采用相关分析等统计方法，结合1.5层约化重力模式，研究了热带南印度洋低频Rossby波的生成机制。结果表明： （1）热带南印度洋低频Rossby波分为东边界扰动产生的Rossby波和南印度洋中部风强迫Rossby波；东边界激发的为自由Rossby波，沿12°S波速大约13 cm/s，向西最远传播到80°E左右，之后被局地变量调整；强迫Rossby波在西传的过程中不断加强，波速较快，沿12°S能超过20 cm/s； （2）东边界扰动由印度尼西亚贯通流（ITF）导致的地转调整过程引起；内区风强迫Rossby波生成和加强的关键区为（70°E–95°E，15°S–5°S）；显著的西传Rossby波同太平洋上的厄尔尼诺/南方涛动（ENSO）事件紧密相连，ENSO通过大气的遥驱动机制激发热带南印度洋低频Rossby波； （3）作为东边界低频变量扰动的一个重要因子，ITF的变化与ENSO事件密切相关，总的来讲，El Niño年ITF偏弱，La Niña年ITF偏强，这与前人的研究结果一致；但它在ENSO的不同位相时期，存在一定差异，并具有夏季锁相特征：El Niño事件发生年的春季到秋季，ITF偏强，夏季最强；从El Niño盛期（冬季）到次年秋季，ITF持续偏弱，夏季最弱。上述夏季锁相特征与夏季风的强弱变化相对应。La Niña期间情况相反。 西南印度洋（SWIO）（50°E–75°E，15°S–5°S）以及苏门答腊-爪哇沿岸地区是海表面高度异常（SSHA）和海表面温度异常（SSTA）相关显著的区域，表明内部海洋动力过程在次表层和表层变量的相互关系中起重要作用。本文以2006–2008年期间三个连续的同El Niño或者La Niña同时发生的正印度洋偶极子（IOD）事件为背景，基于Argo观测资料研究了表层和次表层IOD的演变以及二者的区别和联系，并首次采用垂直模态分解方法探讨了Rossby波对上层海洋热力结构影响的动力学特征，得到如下主要结论： （1）在热带印度洋，海洋动力过程一般主要由第一和第二低阶垂直斜压模态控制，而第一斜压模态处于主导地位——在SWIO海区，第一斜压模态运动的方差解释率为第二模态的2–3倍，在赤道和东南印度洋也达到2倍左右；另外，赤道印度洋地区高阶斜压模态运动对该地区的海洋动力过程也具有一定的贡献； （2）低频斜压Rossby波能影响海洋的垂直层结，尤其是强暖Rossby波使同第二斜压模态运动紧密相连的海洋上层层结减弱，加强第二斜压模态的贡献量，导致上层各等压线向下垂直位移增大，最终通过垂直混合过程调整上层海洋的热力结构；而低频斜压冷Rossby波会加强上层垂直层结，抑制该层内变量变化，因此第二斜压模态的贡献依然很小； （3）表层IOD和次表层IOD分布形态不同：表层东部冷异常主要集中在东南印度洋Sumatra-Java沿岸，次表层冷异常基本关于赤道对称；表层西部暖异常基本关于赤道对称，而在次表层赤道以南海温扰动强度远远大于赤道以北； （4）正IOD事件中，东南印度洋冷SSTA首先出现于Java沿岸，沿岸东南风引起的潜热释放增加以及沿岸上升流是该初始冷异常建立的主要机制，与之相关的SSTA东西梯度加强大气环流变化，并进一步强迫随后的海洋运动；1–2个月后，SST冷异常中心北跳到Sumatra沿岸并向西扩展，同时不断增强，其中Sumatra沿岸上升流、来自赤道印度洋的冷Kelvin波及其反射的西传冷Rossby波是这一演变过程的动力机制，而沿岸上升流起决定作用。

东海内陆架泥质区EC2005孔沉积特征及古环境记录

本论文通过对东海内陆架浙闽沿岸泥质沉积带EC2005孔沉积物岩性、粒度、AMS14C测年、粘土矿物以及全岩矿物衍射分析、沉积物常微量元素和稀土元素分析、总碳氮以及有机碳氮分析、磁化率测试和综合研究，以EC2005孔岩芯记录为依据分析了研究区的沉积环境演化、海平面升降、浙闽沿岸流形成历史以及蕴含的古气候信息，探讨了陆源物质矿物、地球化学成分与粒度的关系。 EC2005孔岩芯自底部至41.00 m（17.3~13.1 ka BP）为末次冰消期以来的湖泊三角洲沉积序列，物质来源主要是来自湖盆流域物质的输入。随着海平面逐渐上升，海水自13.1 ka BP开始侵入研究区，自12.3 ka BP开始海水深度加大，沿岸流的地位开始显现，7.3 ka BP以来，形成了高海平面以来主要受沿岸流控制的浅海沉积。稀土元素结果显示，东海内陆架EC2005孔12.3~9.8 ka BP是以湖盆流域近源物质为主向长江物质为主转变的过渡阶段，自大约10~9.8 ka BP开始，由于海水深度的进一步加大、沿岸流作用进一步增强，长江物质对研究区的物质供给成为主导。海平面的升高以及沿岸流的形成是物质来源发生变化的重要原因。 东海内陆架泥质沉积物中全新世期间长达700 a（5.9~5.2 ka BP）的高分辨率细粒敏感组分资料揭示的东亚冬季风增强，与GRIP冰芯δ18O揭示的冷期具有良好的对应关系。5500 a BP前后东亚冬季风突然增强，与世界范围内的5500 a BP强降温事件非常一致。功率谱分析揭示出62 a和11 a的太阳活动周期以及与现代ENSO周期相似的6 a和5 a周期，因此，中全新世东亚冬季风演化可能是太阳活动以及古ENSO事件对全球气候系统的影响所致。 东海内陆架区对末次冰消期至早全新世气候回暖的记录与该时期世界性的广泛记录相一致，应该是轨道时间尺度上太阳辐射增强与ITCZ北移以及太阳活动变化综合影响的结果。东海内陆架浙-闽沿岸泥质带EC2005孔存在的4个百年时间尺度上快速沉积事件：12.3~12.1 ka BP、7.5~7.3 ka BP、5.9~5.2 ka BP和1.5~1.3 ka BP，与新仙女木事件、7.3 ka BP冷事件、第二新冰期（5.5 ka BP强降温事件）以及北大西洋1.4 ka BP浮冰事件均有良好的对应，世界范围内广泛存在的8.2 ka冷事件对本钻孔沉积也形成了一定影响。 EC2005孔磁化率变化受到多种因素的制约，如岩性粗细、早期成岩作用以及人类活动等的影响。近3.6 ka以来，磁化率的剧烈波动可能是由于人类活动影响造成的。东海内陆架EC2005孔TOC、TN和TOC/TN的大小主要受控于岩性变化。 此外，根据陆源物质粒度和矿物成分之间的关系，建立了陆源物质平均粒径与主要矿物成分含量大小的函数模型。地球化学成分与其所赋存单种矿物的相关性分析则进一步表明，陆源矿物种类和含量控制着地球化学成分及其含量，矿物种类和含量对地球化学成分的控制是决定性的，而粒度对元素（化学成分）的“控制”实际上是由于不同粒度的矿物组分不同而造成。

西太平洋暖池纬向变异规律研究

西太平洋暖池汇集着世界上开阔海洋中温度最高的海水，它的维持和变化对全球天气和气候的变化起着关键性的作用。从海洋学角度全面而系统地研究西太平洋暖池的纬向变异特征、机制以及暖池纬向变异对ENSO的影响等科学问题，对深入了解发生在暖池区的海气耦合过程，全面认识暖池变异在ENSO循环及在全球气候变化中的作用是不可缺少的，该项研究具有重要的理论意义和实践意义。 本文根据长时间序列的海洋和大气资料，利用EOF、小波等分析方法较系统地研究了西太平洋暖池整层暖水纬向运移特征、暖池水体的时空振荡及暖池纬向的运移、时空振荡对ENSO的影响，分析了西太平洋暖池和东太平洋暖池对ENSO的联合影响，探讨了风场和流场对西太平洋暖池纬向变异的影响，并用一个简单的海洋模式，对暖池纬向变异的动力机制进行了诊断分析。主要研究内容及结果如下： 利用加权平均法，建立了一个表征整体暖池纬向运移的指标序列，分析了暖池纬向运移的时频特征以及暖池内部暖水在纬向运移上的差异，并探讨了暖池的纬向运移对赤道西太平洋海平面高度和温跃层深度的影响以及与ENSO的关系。结果显示：暖池的纬向运移具有显著的2-7a的年际变化和10-16a的年代际变化，并于1976年前后经历了一次气候跃变。暖池内部大致可以50m深度水层为界分为上、下两部分，暖池的上半部分纬向运移幅度非常大，而下半部分则相对较小。暖池的纬向运移不仅是赤道西太平洋海平面高度和温跃层深度异常变化的一个非常重要的直接因素，而且对ENSO的形成与发展有非常重要的作用。 为进一步了解暖池整体的时空振荡及其影响，分别对暖池厚度场、热带太平洋风应力场、海表面高度和热含量场进行了EOF分析。结果显示，西太平洋暖池水体具有大致以赤道为横轴的经向“跷跷板”式季节性反位相振荡和大致以 170o E为纵轴的纬向“跷跷板”式年际反位相振荡。纬向振荡是暖池厚度异常场年际变率的的主导模态。西太平洋暖池暖水的纬向运移是造成暖池水体纬向振荡的主要原因。热带太平洋海表面高度与热含量异常场有着非常相似的ENSO时间尺度的振荡特征：即大致以5o N为横轴的经向“跷跷板”式反位相振荡和大致以170o W为纵轴的纬向“跷跷板”式反位相振荡。而与ENSO密切相关的热带太平洋风应力异常场也存在着纬向和经向两种主要模态，分别表现为近赤道的纬向风异常和远赤道的经向风异常。西太平洋暖池的纬向振荡对风应力异常存在滞后1个月左右的响应和显著的相互作用关系。西太平洋暖池纬向振荡能够造成热带太平洋水体质量与热量的重新分配，并通过强烈的海气相互作用对ENSO循环形成与发展起着重要的作用。 西太平洋暖池和东太平洋暖池是热带太平洋两个重要的暖水区。在系统分析西太平洋暖池的纬向变异和东太平洋暖池的经向变异特征基础上，提出了两暖池对ENSO循环联合影响的新观点，并建立了一个联合影响指数。结果显示，当联合指数达1.6时，则预示着一次新El Nino的发生。这为ENSO的研究和预测提供了一个新线索。 数据分析显示，赤道中太平洋的纬向风应力及上层纬向流异常是暖池纬向运移的两个重要的动力因素，且两者对暖池的纬向运移有良好的预报意义。利用一个简单的海洋模式模拟结果，分析了风驱动下的上层纬向流异常、波动(Kelvin波和Rossby波)及其在边界的反射效应对暖池纬向运移的动力影响。模式结果显示：中太平洋上层纬向流异常是西太平洋暖池纬向运移的主要驱动机制。暖池的纬向运移对波模态流具有滞后约4个月的响应，而风漂流对暖池纬向运移的影响则比较适时。波动在太平洋东、西两边界的反射效应对暖池西缩的影响较大。

热带印度洋－太平洋热力异常联合模及其对我国旱涝的影响研究

热带太平洋、印度洋的热力异常对我国夏季降水都有重要影响。然而，由于两大洋的海温变化并非完全孤立，而是相互联系的，因此将两大洋作为一个整体来考虑，研究其热力异常的时空变化，建立一个能够较好表征两大洋热状况变化的联合模指数，进而探讨其对我国旱涝的影响既有重要的理论意义又有明显的实用价值。 本文根据1955－2003年的全球海洋上层热含量资料、SODA数据、我国降水资料、850hPa月平均纬向风资料及副热带高压指数等资料，利用经验正交函数（EOF）分解法和典型相关分析等方法，分析了热带印度洋－太平洋上层热含量距平场的时空变化，提出了一个热带印度洋－太平洋热力异常联合模指数，并研究了该联合模的变化原因及其对我国夏季降水的影响。得到的研究结果主要如下。 1．热带印度洋-太平洋热力异常联合模具有显著的年际和年代际变化，并在1976年前后发生了一次由冷到暖的气候跃变。该联合模的变化特征能够较好地反映出太平洋ENSO和印度洋偶极子的基本信息。 2. 热带印度洋－太平洋热力异常联合模的年代际变化主要是由西太平洋暖池的纬向变异和赤道中东太平洋纬向风异常引起的，而该联合模的年际变化则是西太平洋暖池和东印度洋暖池的纬向变异以及赤道中太平洋和赤道东印度洋纬向风异常共同作用的结果。 3．热带印度洋－太平洋热力异常联合模对我国夏季降水有一年到半年的超前影响，其中以冬季联合模对次年夏季降水的影响最显著。冬季联合模对我国夏季降水的影响可能是通过夏季西太平洋副热带高压的变动来实现的。

中国海散射计风、浪算法研究及海面风场、有效波高的时空特征分析

海面风场系统对天气变化起着至关重要的作用。本文对ERS-2散射计风场数据进行了分析，并将其与NCEP再分析风场和浮标观测风场进行了比较。对连续13年中国海海区ERS-1/2和QuikSCAT散射计海面风场资料进行插值平均处理，得到一个中国海月平均海面风场资料集。首先对该资料集进行了逐月多年平均风场分析，进而对该资料集的距平风场进行矢量经验正交函数（Vector EOF）分解，分别探讨了中国海海面风场的年际和年代际变化特征。年际EOF分解得到的第一模态具有较好的年变化波动周期，与多年平均风场中的冬季风和夏季风（当时间系数为负值时）流型相近，表现为冬-夏振荡型，反映了影响整个中国海的东亚季风强盛时期的风场特征。第二模态与多年平均风场中的季节转换流型相近，表现为春－秋振荡型，反映了冬季风和夏季风之间的转换过渡时期的风场特征。年代际EOF分解得到的第一模态反映了中国海季风的年代际变化特征。第二模态时间系数分布与滞后4个月Nino3.4指数分布相似，反映了中国海海面风场对El Nino的响应。第三模态时间系数分布与南方涛动（SOI）指数分布相似，反映了ENSO现象对中国海海面风场异常的影响。 本文利用一种新的风浪成长关系计算了瞬时风场下的有效波高分布，并利用经验公式计算了风浪充分成长状态下的有效波高分布。分别以NCEP与QuikSCAT的混合风场和NCEP风场为输入，利用第三代海浪数值模式WAVEWATCH Ⅲ对2000年1月东中国海的风浪场进行了模拟，再现了当时的风浪演化过程。通过计算结果与实测的比较，说明将WAVEWATCH Ⅲ模式应用于东中国海海域进行大区域范围的风浪预报是可行的。 最后分析了WAVEWATCH Ⅲ模式计算得到的有效波高的月平均分布，并利用经验正交函数（EOF）方法对有效波高距平值进行分解，探讨了中国海有效波高的年际变化特征。有效波高距平场的前两个模态的时间系数分布和空间结构与海面风距平场的前两个模态基本相似，说明中国海风、浪之间有很好的相关性。第一模态表现为冬－夏振荡型，反映了冬季有效波高的分布特征及海面风场对有效波高分布的影响。第二模态表现为春－秋振荡，反映了季风转换过渡时期有效波高偏差的分布特征。第三模态反映了中国海地形对有效波高偏差分布的影响。

安图红松树轮稳定碳同位素记录的低云量信息

分析了安图红松树轮碳同位素和与之临近的敦化市气象站气象记录间的相关关系，发现树轮碳同位素与上年5－7月平均低云量间存在显著的负相关关系，重建了该近200年来5－7月平均低云量变化。功率谱分析表明，δ^13C序列，重建的低云量序列均包含明显的厄尔厄诺－南方涛动周期（ENSO）和准2年振荡周期（QBO），反映了ENSO以及东亚季风对该区气候的影响。分析了安图红松树轮碳同位素和与之临近的敦化市气象站气象记录间的相关关系，发现树轮碳同位素与上年5－7月平均低云量间存在显著的负相关关系，重建了该近200年来5－7月平均低云量变化。功率谱分析表明，δ^13C序列，重建的低云量序列均包含明显的厄尔厄诺－南方涛动周期（ENSO）和准2年振荡周期（QBO），反映了ENSO以及东亚季风对该区气候的影响。