Analysis of characteristics and mechanism of current system on the west coast of Guangdong of China in summer

On the basis of data of drifting bottles' tracks and the current measured in anchored stations, as well as temperature and salinity observed in cruise investigations and coastal stations, ADCP current data and AVHRR surface sea temperature (SST) data on the western coast of Guangdong, synthetic results of analysis showed that the coastal currents in the west of the mouth of the Zhujiang River were mainly westward in summer, which constituted the north branch of cyclonic gyre in the east of the Qiongzhou Straits. Part of its water flowed westward into the Beibu Gulf through the Qiongzhou Straits. The coastal current pattern was not identical with the traditional current system which flowed westward in the Qiongzhou Straits in winter and eastward in summer. The summertime's coastal current was always westward, maybe temporarily turning northeast only when the southwest wind was strong. The important characteristics of coastal current on the western coast of Guangdong, in the Qiongzhou Straits and in the north of the Beibu Gulf were analyzed and their mechanisms also were explained.

Simulation of the ocean surface mixed layer under the wave breaking

A one-dimensional mixed-layer model, including a Mellor-Yamada level 2.5 turbulence closure scheme, was implemented to investigate the dynamical and thermal structures of the ocean surface mixed layer in the northern South China Sea. The turbulent kinetic energy released through wave breaking was incorporated into the model as a source of energy at the ocean surface, and the influence of the breaking waves on the mixed layer was studied. The numerical simulations show that the simulated SST is overestimated in summer without the breaking waves. However, the cooler SST is simulated when the effect of the breaking waves is considered, the corresponding discrepancy with the observed data decreases up to 20% and the MLD calculated averagely deepens 3.8 m. Owing to the wave-enhanced turbulence mixing in the summertime, the stratification at the bottom of the mixed layer was modified and the temperature gradient spread throughout the whole thermocline compared with the concentrated distribution without wave breaking.

Equatorial pacific SSTA-related decadal variations of potential predictability of ENSO and interannual climate

Based on analysis of NCEP reanalysis data and SST indices of the recent 50 years, decadal changes of the potential predictability of ENSO and interannual climate anomalies were investigated. Autocorrelation of Nino3 SST anomalies (SSTA) and correlation between atmospheric anomalies fields and Nino3 SSTA exhibit obvious variation in different decades, which indicates that Nino3 SSTA-related potential predictability of ENSO and interannual climate anomalies has significant decadal changes. Time around 1977 is not only a shift point of climate on the interdecadal time scale but also a catastrophe point of potential predictability of ENSO and interannual climate. As a whole, ENSO and the PNA pattern in boreal winter are more predictable in 1980s than in 1960s and 1970s, while the Nino3 SSTA-related potential predictability of the Indian monsoon and the East Asian Monsoon is lower in 1980s than in 1960s and 1970s.

Intraseasonal variability of Indian Ocean sea surface temperature during boreal winter: Madden-Julian Oscillation versus submonthly forcing and processes

[ 1] Intraseasonal variability of Indian Ocean sea surface temperature (SST) during boreal winter is investigated by analyzing available data and a suite of solutions to an ocean general circulation model for 1998 - 2004. This period covers the QuikSCAT and Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) observations. Impacts of the 30 - 90 day and 10 - 30 day atmospheric intraseasonal oscillations (ISOs) are examined separately, with the former dominated by the Madden-Julian Oscillation (MJO) and the latter dominated by convectively coupled Rossby and Kelvin waves. The maximum variation of intraseasonal SST occurs at 10 degrees S - 2 degrees S in the wintertime Intertropical Convergence Zone (ITCZ), where the mixed layer is thin and intraseasonal wind speed reaches its maximum. The observed maximum warming ( cooling) averaged over ( 60 degrees E - 85 degrees E, 10 degrees S - 3 degrees S) is 1.13 degrees C ( - 0.97 degrees C) for the period of interest, with a standard deviation of 0.39 degrees C in winter. This SST change is forced predominantly by the MJO. While the MJO causes a basin-wide cooling ( warming) in the ITCZ region, submonthly ISOs cause a more complex SST structure that propagates southwestward in the western-central basin and southeastward in the eastern ocean. On both the MJO and submonthly timescales, winds are the deterministic factor for the SST variability. Short-wave radiation generally plays a secondary role, and effects of precipitation are negligible. The dominant role of winds results roughly equally from wind speed and stress forcing. Wind speed affects SST by altering turbulent heat fluxes and entrainment cooling. Wind stress affects SST via several local and remote oceanic processes.

Annual cycle of stratification and tidal fronts in the Bohai Sea: A model study

In general, competition between buoyancy mechanisms and mixing dynamics largely determines the water column structure in a shelf sea. A three dimensional baroclinic ocean model forced by surface heat fluxes and the 2.5 order Mellor-Yamada turbulence scheme is used to simulate the annual cycle of the temperature in the Bohai Sea. The difference between the sea surface temperature (SST) and sea bottom temperature (SBT) is used to examine the evolution of its vertical stratification. It is found that the water column is well-mixed from October to March and that the seasonal thermocline appears in April, peaks in July and then weakens afterwards, closely following the heat budget. In addition, the Loder parameter based on the topography and tidal current amplitude is also computed in order to examine tidal fronts in the BS, which are evident in summer months when the wind stirring mechanism is weak.

Role of snow depth in spring of Tibetan Plateau in onset of South China Sea summer monsoon

The role of snow depth of Tibetan Plateau in the onset of South China Sea summer monsoon and the influence of ENSO on snow depth of Tibetan Plateau are investigated with use of data from ECMWF reanalysis and NCEP/NCAR reanalysis. The results are as follows: (1) The snow depth data from ECMWF reanalysis are tested and reliable, and can be used to study the influence of snow depth of Tibetan Plateau on the onset of South China Sea summer monsoon; (2) Anomaly of snow depth of Tibetan Plateau causes anomaly in air temperature and its contrast between the Indian Ocean and the continent resulting in easterly wind anomaly over 500 hPa and hence as well as in the atmospheric circulation in the lower layer. For the year of negative anomaly of snow depth a westerly wind anomaly with a cyclone pair takes place, while for positive anomaly of snow depth an easterly anomaly occurs with an anticyclone pair; (3) While positive anomaly of SST occurs in the eastern Pacific Ocean, positive anomaly of air pressure also takes place over the eastern Indian Ocean and the South China Sea, causing stronger meridional pressure gradient between the ocean and continent and then westerly wind anomaly. At the same time, the atmospheric pressure increases in the northern Tibetan Plateau, northerly wind gets stronger, and subtropical front strengthens. All of these are favorable for snowfall over Tibetan Plateau.

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。

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）。

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。

太平洋西部边界及边界流对赤道暖水库形成和演化的影响

A model of equatorial ocean is used to study the roles of the Pacific western boundary and the Mindanao Current (MC) in the evolution of the equatorial warm pool. The model consists of the single baroclinic mode of a two-layer ocean, with the parameterization of the anomalous increment of the interface representing the SST difference from its long-term-space-mean. The ocean is driven by a wind path in the middle ocean with a real or an artificial geometry assigned at the western and eastern boundaries. In order to test the role of the MC, the western boundary current is introduced into the model by a boundary condition at a position, real and unreal, respectively. The model experiments show that the warm pool, which is insensitive to the longitudinal width of the wind band in middle ocean, results mainly from the accumulation o the eastly-drifted warm water in the equatorial western Pacific. It is the dominant factor for the formation of the warm pool that, at a very low latitude, the Papua New Guinea coast intersects the longitudinally lined Philippine Islands at an obtuse angle. In contrast, the western Atlantic boundary, which inclines poleward from the equator at some 135 degrees, could guide the warm water there moving to a higher latitude. On the other hand, the equatorial warm pool in the western equatorial Pacific is very sensitive to the assignment of th Mindanao Current at 7.5°N and displaces southward, with a stronger southern branch than the northern one. We attribute this asymmetry to the combined effect of the western boundary and the MC upon the equatorial warm away from the equator. A by-product of our solutions is the possible mechanism of the "secondary warm pool" in the eastern Pacific north of the equator. It is suggested that, mainly or partly, the "secondary warm pool" results from the cooperation of the southeast monsoon in eastern Pacific and the eastern boundary hindering the propagation of the Kelvin wave poleward alongshore.

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。

伴随法在潮汐和海温数值计算中的应用研究

变分数据同化中的伴随法可实现数值模型与观测数据的拟合。随着物理海洋数值计算和数值预报业务的不断发展，其具有广阔的应用前景。本文主要研究关于伴随数据同化的有关理论及其在物理海洋数值模型中的应用。本文介绍了变分伴随数据同化的基本原理，从模型方程的连续和离散形式出发讨论采用两种不同的方法推导伴随方程，一是拉格朗日乘子（Lagrange multiplier）法；二是基于泛函的Gateaux微分概念的方法，这里简称Gateaux微分法。文中讨论了导出离散伴随模型方程和目标函数梯度的两种不同途径，其中一种途径是由连续的正模型得到连续的伴随模型及连续的目标函数梯度表达式，然后再对伴随模型和目标函数梯度进行差分离散（简称“伴随的差分”）；另外一种途径是由离散的正模型直接导出离散的伴随模型及梯度表达式（简称“差分的伴随”）。目前尽管人们比较一致的看法是应该采用后一种途径，即建立伴随模型系统应该采用“差分的伴随”，但对由这两种途径建立的伴随系统的相互关系，人们探讨的并不多。本文利用了简单的模型对该问题进行了研究。另外，对有关初始猜测和伴随优化系统的多解性问题进行了探讨。本文着重研究并实现了利用伴随法优化非线性潮汐模型的开边界条件。其中采用的二维非线性浅水模型既考虑非线性底磨擦和侧向粘性涡动混合，又包括非线性平流项；离散伴随模型的建立是基于ADI格式（不受CFL条件限制），改善了变分伴随数据同化过程中计算量和计算存储问题，使之减小若干倍（约5～7倍），从而使得模式适于业务化的需求，具有实用价值；同化过程中使用的观测数据既包括常规验潮站水位观测资料，又包括TOPEX/POSEIDON卫星测高数据。实测数据同化数值试验表明，开边界条件的最优控制对数值计算结果有一定程度的改进。本文还探讨了将伴随法应用于海表面温度（SST）的数值预报中。其中采用的SST数值预报模型是基于国家“七五”期间科技攻关项目《中国近海海表面温度短期数值预报模式》。文中利用船舶报SST观测数据进行伴随数据同化试验，以优化初始场，其结果是比较满意的，表明变分数据同化对改进SST数值预报的效果是比较明显的，将伴随法引入中国海域SST数值预报业务化中是可行的。本文最后讨论了伴随数据同化中尚待深入研究的问题，着重指出了在物理海洋学领域开展二阶伴随模式应用研究的内容和必要性。

南海环流数值模拟和南海及邻近海域对南海季风爆发的影响

该文分两部分,第一部分主要探讨了南海及邻近海域对南海夏季风爆发的影响,第二部分用较高分辨率的POM模式模拟了南海月平均环流.在第一部分里,利用历史海洋和大气资料分析了南海季风建立的大尺度背景场和南海季风爆发前后的大气环流演变特征、探讨了南海季风爆发的年际变化与热带海洋海温异常的关系;利用1998年南海季风试验中的现场观测资料,分析了南海季风爆发前后南海的一个测站(6°15′N,110°E)的海面热通量和SST的变化特征和变化机制;并用区域气候模式对南海海洋在南海季风爆发中的作用作了数值实验研究.在第二部分里,利用较高分辨率的POM模式模拟了南海的月平均环流较好地模拟出了南海环流的基本特征.