热带太平洋次表层海温变化及其与ENSO循环的研究

随着全球变暖和各种极端天气事件发生频率的增加，气候变化已成为全世界关注的焦点问题，ENSO事件是年际尺度上气候变化的最强信号，它的影响波及到世界各地，所以，对ENSO事件进行深入研究，弄清其发生机制，具有重要的科学意义。虽然，目前对ENSO事件的研究已经取得了巨大成果，但仍不能对其发生发展的全过程进行准确的预测，因此，仍需要对其进行深入研究，本文正是从热带太平洋次表层温度场和流场的变化着手，对ENSO循环过程中的相关机理进行研究。 通过对TOGA/TAO、SODA和NCEP等海洋大气实测和再分析资料的分析，研究了热带太平洋次表层海温和流场的变化特征，分析了它们的变化机理，进而深入探讨了它们与ENSO事件的相互关系，并利用全球海洋数值模式的敏感性试验，探讨了大气风场的变化对海洋次表层要素的影响，主要得到以下结论： 1. 上世纪70年代末的气候突变之后，用28℃定义西太平洋暖池（WPWP），已不能合理的描述WPWP的基本特征。我们通过对比分析提出，用28.5℃来定义WPWP更合理，这一定义即可以充分反映WPWP突变前的特征，又能够合理的反映WPWP突变后的特征；对新定义的WPWP区域不同深度的海温距平的分析表明，次表层（148m）海温距平的变化趋势和变化幅度与表层和深层的变化差异较大，次表层海温的变化幅度最大并且年代际变化趋势与上下层正好相反；进一步的研究表明，WPWP次表层海温的年代际变化与PDO的变化有一定关系。 2. 利用热带太平洋次表层海温的变化特征，定义了表征ENSO事件的新指数——赤道太平洋温跃层海温振荡指数（EPOI），与其它ENSO指数相比，EPOI将东、西太平洋次表层海温的变化信息都包括在内，能够较全面的反映出ENSO事件的变化特征，特别是EPOI可以较好的反映出ENSO循环的年代际变化特征。另外，EPOI的变化比ONI的变化超前2个月，更有利于对ENSO事件的提前预报。由于EPOI主要反映海洋次表层的变化特征，因此能够更好的满足对ENSO机理研究的需要。 3. 赤道潜流距平场的EOF分析表明，其前两个模态的方差贡献较大，第一模态方差贡献为30.75%，主要反映东太平洋赤道潜流的变化特征；第二模态方差贡献为16.18%，主要反映中太平洋赤道潜流的变化特征。赤道潜流前两个模态与ENSO指数的变化有很好的相关关系，其中东太平洋潜流在滞后ENSO指数1个月时，二者达到最大负相关（r=-0.74）。中太平洋赤道潜流的变化对“东部型”和“中部型”El Niño事件的形成有一定影响。“东部型”El Niño事件发生前，中太平洋赤道潜流异常增强，次表层异常海温信号随着潜流中心迅速向东移动到达东太平洋，使得“东部型”El Niño事件爆发；而“中部型”El Niño事件发生前，中太平洋赤道潜流则异常减弱，西太平洋异常海温信号不能迅速向东传播，而是在中西太平洋堆积并向上扩展，使得异常海温首先在中太平洋出现，“中部型”El Niño事件爆发。 4. ENSO循环过程中，异常冷（暖）信号之所以在8ºN-10ºN附近向西传播的原因较多，其中温跃层深度在8ºN-10ºN的特殊分布特征对其有一定贡献，具体表现为在北半球8ºN-10ºN正好是温跃层深度较浅的区域，该区域的温跃层相当于从东到西的一个海下“山脊”，使得来自南北两侧的异常信号都很难穿过这一区域，而只能沿该纬度向西传播；而南半球的温跃层对来自赤道地区的异常信号没有阻挡作用，使其可以直接传播到高纬度地区。ENSO信号的强度在传播过程中发生了明显的变化，主要是ENSO事件爆发后，4-5年的周期信号并没有传到东太平洋10ºN附近，在从东到西的传播过程中，4-5年的周期信号有所增加，但增加的幅度较小。在西太平洋有来自南、北半球中高纬度异常信号的补充，从而使得ENSO循环得以维持。 5. 数值模拟表明，不同区域风应力的变化对海洋的影响各不相同。赤道地区风应力对海洋的影响主要通过纬向分量的变化来产生作用，它的变化主要对赤道次表层海温的变化产生影响，并且东西太平洋呈现反位相变化趋势；而对流场的影响则是上下层反位相变化。北太平洋副热带地区风应力的变化对海洋的影响与赤道有明显不同，对温度场的影响表现为东西太平洋次表层海温的变化一致，而对流速的影响则是东西太平洋反位相变化。

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）。

海上低空大气波导的遥感反演及数值模拟研究

由于电磁波传播技术的广泛应用，大气环境成为电磁波传播研究的一个重要领域，尤其是天气变化多端的对流层。对流层大气波导是对流层大气的一种异常结构。大气波导可以使通信电路的相互干扰问题变得复杂，既可能干扰其他系统,又可能形成另外的系统，可以使探测系统产生超视距探测、雷达盲区等反常传播问题。然而通信系统或雷达探测系统遭受大气波导影响的时机具有很大的偶然性，它完全取决于对流层大气的特点。假如能够掌握大气波导的变化规律，准确而及时地预测、预报其出现的时间和地域，结合频率、射线波束、天线仰角和发生功率的选择，就能更好地发挥探测及通信设备的作用。因此，根据实际大气环境，分析、预测和预报大气波导，对于评估大气环境对电磁波传播和探测系统性能具有重要的理论意义和实际价值，尤其是在军事领域。然而在海洋大气环境中，特别是在广阔的海洋上，传统的海洋测量手段，如浮标、船只，获取的海洋水文数据稀少，探空数据更少，无法满足现代海洋大气环境监测所需的大范围观测信息，即使获取数据也很难保证数据点时间和空间的有效性；同时海洋大气边界层日变化缓慢，发生的大气波导持续时间长，比较稳定，对于海上舰船通讯等急需开展大气波导环境区域研究。我国是海洋大国，海岸线狭长，更需要开展沿海区域及近海对流层大气波导研究，特别是边界层内低空大气波导环境预测、预报研究。 目前国内大气波导的研究大多数情况下只注重单站波导发生情况，其代表的时空有效性是有限的，而在实际应用中，人们更加关注波导存在区域，因为波导区域决定了电磁波传输范围。本文针对我国近海区域大气波导不同的形成机理和类型，分别进行了研究。对于蒸发波导，本文利用卫星遥感获取海水表面温度、海面风场、气温、相对湿度等资料，建立卫星遥感资料与蒸发波导高度之间的诊断模式，研究大气波导反演算法和预测模型，首次分析了蒸发波导高度的空间不均匀性。对于低空表面波导和悬空波导，利用中尺度数值模式MM5对大气波导进行了系统的研究，填补了国内中尺度大气波导数值模拟研究的空白，同时选取典型的天气过程，进行了中尺度数值模拟个例研究，分析了大气波导形成机理。 本文主要工作如下： 一、结合P-J模式，利用AMSR-E卫星数据用两种神经网络方法反演了热带海域的蒸发波导高度，并进行了比较，两种方法得到的与浮标实测参数计算得到的蒸发波导高度之间的相关系数相当，都为0.82左右，均方根差后者比前者小，分别为2.64米和1.89米。神经网络直接反演蒸发波导高度方法要优于间接反演蒸发波导高度的方法。利用AMSR-E卫星数据直接反演了南海海域的蒸发波导高度，可以清楚看出蒸发波导高度的空间分布的不均匀性，为研究蒸发波导的环境特性奠定基础。 二、以2005年6月2日出现在黄海海域的大气波导为例，设计了三种数值试验，利用MM5模式对大气波导进行了24h数值模拟研究，包括是否加入常规探空资料进行格点分析同化，垂直分层的多寡，粗、细网格模拟比较分析。通过研究得到了以下结论：（1）利用常规资料进行格点同化对海上大气波导影响较小，对陆地影响较大；（2）垂直分层对大气波导特征参数影响明显，层数较多描述大气波导比较合适；（3）对于海上大气波导，细网格刻画大气波导特征参数比较细致，但粗网格的模拟已经足够进行大气波导分析。 三、以NCEP再分析资料为背景场,利用MM5模式，对2005年6月2日至4日出现在黄海海域的大气波导和2008年5月10日12时到11日12时由‘威玛逊’台风引起的大气波导分别进行了数值模拟研究。通过研究发现：模拟的修正折射率廓线与探空数据得到的廓线基本吻合，但是模拟的较强波导强度和高度普遍比实测的要小得多；同时给出了大气波导参数的演变过程，分析了两次大气波导形成的天气过程，说明了模拟的大气波导区域是可靠的和可信的； MM5模式能够模拟出特定天气条件下低空较强大气波导三维空间变化过程，可以为定量地描述大气波导特征提供理论和试验依据。

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。

大气季节内振荡对东亚夏季风活动的影响研究

利用ERA40逐日再分析资料、NCEP/NCAR2逐日再分析资料、中国740个测站日降水资料、上海台风研究所提供的西太平洋热带气旋资料、Kaplan等重建的月平均SSTA资料、NOAA逐日长波辐射（OLR）等资料，应用离散功率谱分析、带通滤波、EOF分析等统计方法，研究了东亚夏季风(EASM）的移动特征、东亚地区季节内振荡(ISO)的基本特征、季节内振荡对东亚夏季风活动的影响、季节内振荡对东亚夏季风异常活动的影响机理。主要结论如下： （1）综合动力和热力因素定义了可动态描述东亚夏季风移动和强度的指数，并利用该指数研究了东亚夏季风的爆发和移动的季节内变化及其年际和年代际变化特征。研究发现，气候平均东亚夏季风前沿分别在28候、33候、36候、38候、40候、44候出现了明显的跳跃。东亚夏季风活动具有显著的年际变率，主要由于季风前沿在某些区域异常停滞和突然跨越北跳或南撤引起，造成中国东部旱涝灾害频繁发生。东亚夏季风的活动具有明显的年代际变化，在1965年、1980年、1994年发生了突变，造成中国东部降水由“南旱北涝”向“南涝北旱”的转变。 （2）东亚季风区季节内变化具有10~25d和30~60d两个波段的季节内振荡周期，以30-60d为主。存在三个主要低频模态，第一模态主要表征了EASM在长江中下游和华北地区活动期间的低频形势；第二模态印度洋-菲律宾由低频气旋式环流控制，主要表现了ISO在EASM爆发期间的低频形势；第三模态主要出现在EASM在华南和淮河活动期间的低频形势。第一模态和第三模态是代表东亚夏季风活动异常的主要低频形势。 （3）热带和副热带地区ISO总是沿垂直切变风的垂直方向传播。因此，在南海-菲律宾东北风垂直切变和副热带西太平洋北风垂直切变下，大气热源激发菲律宾附近交替出现的低频气旋和低频反气旋不断向西北传播，副热带西太平洋ISO以向西传播为主。中高纬度地区，乌拉尔山附近ISO以向东、向南移动或局地振荡为主；北太平洋中部ISO在某些情况下向南、向西传播。 （4）季风爆发期，伴随着热带东印度洋到菲律宾一系列低频气旋和低频反气旋， 冷空气向南输送，10~25天和30~60天季节内振荡低频气旋同时传入南海加快了南海夏季风的爆发。在气候态下，ISO活动表现的欧亚- 太平洋（EAP）以及太平洋-北美（PNA）低频波列分布特征(本文提出的EAP和PNA低频波列与传统意义上的二维定点相关得到的波列不同)。这种低频分布形式使得欧亚和太平洋中高纬度的槽、脊及太平洋副热带高压稳定、加强，东亚地区的低频波列则成为热带和中高纬度ISO相互作用影响东亚夏季风活动的纽带。不同的阶段表现不同的低频模态，30~60d低频模态的转变加快了EASM推进过程中跳跃性；30-60d低频模态的维持使得EASM前沿相对停滞。 （5）30-60d滤波场，菲律宾海域交替出现的低频气旋和低频反气旋不断向西北传播到南海-西太平洋一带。当南海-西太平洋地区低频气旋活跃时，季风槽加强、东伸，季风槽内热带气旋（TC）频数增加；当南海-西太平洋低频反气旋活跃时，季风槽减弱、西退，TC处于间歇期，生成位置不集中。 （6）在El Nino态下，大气季节内振荡偏弱，北传特征不明显，但ISO由中高纬度北太平洋中部向南和副热带西太平洋向西的传播特征显著，东亚地区ISO活动以第三模态为主，EASM集中停滞在华南和淮河流域，常伴随着持续性区域暴雨的出现，易造成华南和江淮流域洪涝灾害，长江和华北持续干旱。在La Nina态下，大气季节内振荡活跃，且具有明显的向北传播特征，PNA低频波列显著，东亚地区ISO活动以第一模态单峰为主；EASM主要停滞在长江中下游和华北地区，这些地区出现异常持续强降水，华南和淮河流域多干旱；在El Nino态向La Nina态转换期，ISO活动以第一模态双峰为主，长江中下游常常出现二度梅。

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。

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。

Seasonal and interannual variability of primary and export production in the South China Sea: a three-dimensional physical-biogeochemical model study

To investigate the seasonal and interannual variations in biological productivity in the South China Sea (SCS), a Pacific basin-wide physical - biogeochemical model has been developed and used to estimate the biological productivity and export flux in the SCS. The Pacific circulation model, based on the Regional Ocean Model Systems (ROMS), is forced with daily air-sea fluxes derived from the NCEP (National Centers for Environmental Prediction) reanalysis between 1990 and 2004. The biogeochemical processes are simulated with a carbon, Si(OH)(4), and nitrogen ecosystem (CoSiNE) model consisting of silicate, nitrate, ammonium, two phytoplankton groups (small phytoplankton and large phytoplankton), two zooplankton grazers (small micrograzers and large mesozooplankton), and two detritus pools. The ROMS-CoSiNE model favourably reproduces many of the observed features, such as ChI a, nutrients, and primary production (PP) in the SCS. The modelled depth-integrated PP over the euphotic zone (0-125 m) varies seasonally, with the highest value of 386 mg C m (-2) d (-1) during winter and the lowest value of 156 mg C m (-2) d (-1) during early summer. The annual mean value is 196 mg C m (-2) d (-1). The model-integrated annual mean new production (uptake of nitrate), in carbon units, is 64.4 mg C m (-2) d (-1) which yields an f-ratio of 0.33 for the entire SCS. The modelled export ratio (e-ratio: the ratio of export to PP) is 0.24 for the basin-wide SCS. The year-to-year variation of biological productivity in the SCS is weaker than the seasonal variation. The large phytoplankton group tends to dominate over the smaller phytoplankton group, and likely plays an important role in determining the interannual variability of primary and new production.

Synoptic conditions governing upwelling along the Polish Baltic coast

The study analyses atmospheric feedback to the occurrence of upwelling along the Polish Baltic coast. Upwelling events were identified on the basis of daily mean sea surface temperature (SST) maps from the period 1982–2010 derived from the NOAA OI SST V2 High Resolution Dataset. Synoptic conditions favourable to the occurrence of upwelling were determined on the basis of the NCEP/NCAR reanalysis data. On average, there are approximately 23 days with upwelling each year along the Polish Baltic coast, which account for approximately 13%

Strong High Pressure Systems Influencing the Weather in Poland During the Period 1971-2000

This paper shows preliminary results of research into the occurrence of strong anticyclonic systems that influenced the weather in Poland during the period 1971–2000. The study was based on NCEP/NCAR reanalysis data, including daily values of the 1000 and 500 hPa geopotential heights, maps of mentioned geopotential heights and maps of sea-level field pressure. With the use of these data a number of exceptionally strong high-pressure systems were identified, together with their areas of origin and subsequent development patterns. They were then broken down into five groups with similar dynamics. The numbers of systems in each group were not found to follow any significant change trends in the long term. The greatest differences between groups were identified in terms of their annual occurrence rates and centre pressure values.

Using fractal downscaling of satellite precipitation products for hydrometeorological applications

The objective of spatial downscaling strategies is to increase the information content of coarse datasets at smaller scales. In the case of quantitative precipitation estimation (QPE) for hydrological applications, the goal is to close the scale gap between the spatial resolution of coarse datasets (e.g., gridded satellite precipitation products at resolution L × L) and the high resolution (l × l; L»l) necessary to capture the spatial features that determine spatial variability of water flows and water stores in the landscape. In essence, the downscaling process consists of weaving subgrid-scale heterogeneity over a desired range of wavelengths in the original field. The defining question is, which properties, statistical and otherwise, of the target field (the known observable at the desired spatial resolution) should be matched, with the caveat that downscaling methods be as a general as possible and therefore ideally without case-specific constraints and/or calibration requirements? Here, the attention is focused on two simple fractal downscaling methods using iterated functions systems (IFS) and fractal Brownian surfaces (FBS) that meet this requirement. The two methods were applied to disaggregate spatially 27 summertime convective storms in the central United States during 2007 at three consecutive times (1800, 2100, and 0000 UTC, thus 81 fields overall) from the Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) version 6 (V6) 3B42 precipitation product (~25-km grid spacing) to the same resolution as the NCEP stage IV products (~4-km grid spacing). Results from bilinear interpolation are used as the control. A fundamental distinction between IFS and FBS is that the latter implies a distribution of downscaled fields and thus an ensemble solution, whereas the former provides a single solution. The downscaling effectiveness is assessed using fractal measures (the spectral exponent β, fractal dimension D, Hurst coefficient H, and roughness amplitude R) and traditional operational scores statistics scores [false alarm rate (FR), probability of detection (PD), threat score (TS), and Heidke skill score (HSS)], as well as bias and the root-mean-square error (RMSE). The results show that both IFS and FBS fractal interpolation perform well with regard to operational skill scores, and they meet the additional requirement of generating structurally consistent fields. Furthermore, confidence intervals can be directly generated from the FBS ensemble. The results were used to diagnose errors relevant for hydrometeorological applications, in particular a spatial displacement with characteristic length of at least 50 km (2500 km2) in the location of peak rainfall intensities for the cases studied. © 2010 American Meteorological Society.

Changes to the North Atlantic subtropical high and its role in the intensification of summer rainfall variability in the southeastern United States

This study investigates the changes of the North Atlantic subtropical high (NASH) and its impact on summer precipitation over the southeastern (SE) United States using the 850-hPa geopotential height field in the National Centers forEnvironmental Prediction (NCEP) reanalysis, the 40-yr European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) Re-Analysis (ERA-40), long-term rainfall data, and Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) Fourth Assessment Report (AR4) model simulations during the past six decades (1948-2007). The results show that the NASH in the last 30 yr has become more intense, and its western ridge has displaced westward with an enhanced meridional movement compared to the previous 30 yr. When the NASH moved closer to the continental United States in the three most recent decades, the effect of the NASH on the interannual variation of SE U.S. precipitation is enhanced through the ridge's north-south movement. The study's attribution analysis suggested that the changes of the NASH are mainly due to anthropogenic warming. In the twenty-first century with an increase of the atmospheric CO2 concentration, the center of the NASH would be intensified and the western ridge of the NASH would shift farther westward. These changes would increase the likelihood of both strong anomalously wet and dry summers over the SEUnited States in the future, as suggested by the IPCC AR4 models. © 2011 American Meteorological Society.

Padrões temporais de fornecimento de Megalopas de Carcinus Maenas na Ria de Aveiro: influência dos ventos e das marés

Dissertação mest., Biologia marinha - Ecologia e conservação marinha, Universidade do Algarve, 2007

Homocystéinémie, apports en vitamines B et facteurs de risque cardiométabolique au Bénin, Afrique

L'hyperhomoscystéinémie (HHcy) est considérée comme un facteur indépendant de risque cardio-métabolique. Notre travail avait pour objectifs : 1) de déterminer la prévalence de l’HHcy au Bénin; 2) d’étudier sa relation avec les apports de vitamines B12, B9, B6 et B2, la consommation d’alcool, l’âge, le sexe et le niveau socioéconomique (NSE); 3) de vérifier son association avec les facteurs classiques de risque cardio-métabolique. Un total de 541 sujets apparemment en santé et vivant dans trois zones du Bénin ont été étudiés. L’Hcy sérique a été analysée par ELISA. Des rappels de 24h ont servi à évaluer les apports nutritifs. L’obésité et l’hypertension ont été définies selon l’OMS, la dyslipidémie et la dysglycémie selon la NCEP-ATPIII. Les autres données ont été récoltées par questionnaire. La prévalence de l’HHcy était élevée : 52,2% chez les hommes et de 24,7% chez les femmes. Dans les modèles multivariés, l’Hcy était positivement associée à la consommation de bière locale chez les hommes; chez les femmes, elle était associée négativement à l'apport de vitamine B12. L’Hcy était positivement associée à la tension artérielle, au taux de LDL-cholestérol et au cholestérol total chez les hommes, mais seulement avec le rapport cholestérol total/HDL-cholestérol (CT/HDL-c) chez les femmes. Les femmes présentant une HHcy étaient au moins deux fois plus susceptibles de présenter une hypertension ou un rapport CT/HDL-c élevé que celles dont l’Hcy était normale. Un apport suffisant en B12 ainsi qu’une consommation prudente de boissons alcoolisées pourraient réduire l'HHcy et donc contribuer à réduire le risque cardio-métabolique de cette population du sud du Bénin.

Stratosphere Troposphere Interactions Associated With the Dynamical Processes in the Atmosphere

The aim of the present study is to understand the biennial scale stratosphere-troposphere interactions over India, and synoptic to interannual timescale meridional stratosphere-troposhere exchanges caused by upper tropospheric/lower stratospheric longwaves using NCEP/NCAR reanalysis data and satellite measured total ozone data. The biennial timescale interaction between lower stratosphere and troposphere over Thumba is analysed using high-resolution radiosonde data. The results suggest that TBO and QBO are two different phenomena with nearly biennial periodicity. Interannual timescale meridional stratosphere-troposphere exchanges caused by the newly documented Asia Pacific Wave (APW) were analysed using ozone as tracer of atmospheric motion. Synoptic timescale meridional stratosphere-troposhere exchanges caused by subtropical upper tropospheric long waves over Asia were studied using global total ozone measurements from TOMS. This research work can be extended to study the influence of decadal scale epochal nature in Indian summer monsoon activity on the APW generated total ozone anomalies around the globe and the trend estimates in total ozone