中国东部近海热状况变化特征及与华北夏季气候变化关系的研究

【摘要】：利用SODA资料将分别探讨了中国东部近海（渤海、黄海、东海）三个海区的各层水温的季节变化及表层与各层温度的超前滞后关系。利用EOF分解分析了年代际尺度上海洋热含量异常的时空分布和变化特征。并用SVD分法得出了年代际尺度上中国东部近海热含量异常与局地风应力旋度异常的关系，以及冬、春、夏季渤、黄海中热含量异常对我国华北夏季气候的影响。 分析结果表明，研究海域垂向温度存在明显的季节变化，秋冬在风场和潮汐作用下海水快速混合均一，春夏缓慢达到层化阶段；从海水温度季节性垂直变化特征得知，在海水层化阶段（春到夏），中国东部太平洋边缘海主要受加热的影响，较深层次水温的变化位相是热量从海面向深层传递，在此过程中，由于海水的垂直稳定度增加，因此较深层次水温异常对气候变化的影响主要通过上层海水向下层传递的速度进行；而在盛夏之后，随着季节性混合层深度的增加，较深层次海水温度异常的信号会通过与表层的混合不断释放出来，而冬季气候异常的信号可直接通过混合进入较深层的海水。因此，中国东部近海对气候变化的影响有可能存在这样的机制：秋冬季海洋较为迅速获得的气候变化信号在较深层次的贮存并在春、夏季缓慢释放出来。表层海水是大气热力、动力影响海洋深层温度的界面，同时深层海水对浅层海水持续影响而影响上层大气。中国东部近海温度的季节变化呈现夏季型、冬季型和过渡型特征，冬季，黑潮暖流是影响冬季温度分布的重要因子；春季、夏季明显特征为较多冷水团，是由冬季冷水滞留并上涌形成；秋季暖水团形成初期，表层先形成暖水并热量下传。 边缘海中表层的温度对大气的影响较弱，而热含量能够表征整个海洋热力状况和探寻海洋整层与大气的关系。研究表明，海洋热含量有着明显的年代际信号，第一模态黄海和东海的年代际特征依赖黄海暖流和黑潮暖流的年代际变化，90年代以后东部近海热含量异常增暖；第二模态渤、黄海热含量与东海反位相，表征经向热力差异（MTD）年代际变化特征。年代际尺度上海洋热含量异常与风应力旋度异常相互作用明显，热含量异常关键中心位于黄海和黑潮海区，风应力旋度响应中心位于杭州湾和朝鲜岛顶端。MTD的改变、科氏力作用是局地风应力异常的触发机制，陆地摩擦造成的风应力不均一造成两者存在地理偏差。反之，风应力旋度通过Ekman动力输运使得海水温度重新分布，进而改变MTD，两者为正反馈系统。其中纬向风应力可以通过Ekman输运及改变斜温层，实现对热含量的影响。 无论是同期夏季渤、黄海海水热含量还是冬季或春季的渤、黄海热含量的异常变化，都是影响海区西侧华北地区夏季的气温、地面气压和降水的变化的重要因子。渤海、黄海热含量异常对华北夏季气候的影响有两种形式：冬季，整个海域热含量一致减少（增加），使得华北夏季出现高温少雨（低温多雨）；春、夏渤海仍维持冬季偏冷、黄海热含量有所增加，华北夏季出现暖干（冷湿）气候特征。海洋热含量的异常对上层大气热力强迫，从而改变华北气候因子（气压、温度、风场和降水等）。海洋热含量和华北夏季气候因子的协同变化说明，可以利用不同季节海洋热含量变化趋势对夏季华北气候进行预测。