中国东部近海风应力气候变化特征研究-

论文导读：
摘　要：利用SODA的北太平洋49年分辨率为0.5€皜?.5€暗脑缕骄缬αψ柿虾褪噶砍〉木檎缓治觯ㄊ噶縀OF分析），对我国东部近海海域的风应力场进行了分析。在年代际的时间尺度上，近几年我国东部近海风应力的变化是一个东南风逐渐异常增强，东北风异常增强的过程，年际时间尺度上，我国东部近海风应力的年际变化空间分布以西北东南向为主，东北西南向次之，时间序列均主要表现为强烈的震荡，且变化周期以2-4a、2-8a为主，但没有明显的变化趋势。
关键词：风应力　矢量EOF　小波分析
1007-3973（2012）007-134-02
1引言
风应力的定义为海面风应力表示着单位面积，单位时间由风向海水输送的动量，它是海气相互作用的一个重要环节，反映了大气运动对海洋运动影响的动力效应。Sverdrup的大洋风生环流理论，风应力在海洋环流的形成和变化中有着重要的作用。李克让和林贤超（1996）对太平洋风应力平均场进行了研究指出：风应力的分布特征基本上与行星风系的分布一致，风应力的南北半球分布不对称，盛行风带中风应力的季节变化比微风带中的大，中纬度西风带中的风应力变化幅度比热带信风中的大。Inui等（2002）以及刘秦玉等（2006）的研究证实了风应力对表层海流及潜沉率有很大的影响。Holopainen和Oort（1981）通过对比三种数据计算出的海表平均旋度指出在不同纬度上三种旋度的差别以及哪种更符合实际的观测场，并指出涡度收支对驻波的重要作用。
风应力是海洋大气相互作用的重要变量，研究其特征及变化趋势是研究其他海洋大气相互作用及其耦合的基础，而且对于研究者来说，是一个有待研究结果出现的研究领域，尤其是小区域的风应力及其旋度的变化。本论文希望通过对中国东部近海多年风应力资料的处理和研究，探求到此区域风应力及风应力旋度的分布特征及时间变化趋势，并揭示其在气候学上的意义。
2数据与方法
本文使用的是SODA( Simple Ocean Data Assimilation) 全球海洋数据集(全球简单海洋资料同化分析系统)的海表面风应力资料。资料的水平网格分辨率为0.5(€?€?.5(€?，时间分辨率为1个月，垂直方向分为1层，时间年限为1958年1月-2006年12月。选取的研究范围为中国东部近海区域（110€癊-136€癊，20€癗-45€癗）。
本文所用方法是基于矢量场的经验正交函数分析（矢量EOF分析）（王兴盘、1981）。对此区域计算出距平场、再进行滤波将风应力距平场分解为7年以上和7年以下两部分，把7年以上的称为年代际变化，7年以下的称为年际变化。分别进行矢量EOF分析，主要分析前两个模态。用小波分析的方法分析高频场即年际变化的时间序列，得出高频信息主要的周期及出现年份。
3风应力年代际变化分析
对中国近海（110€癊-136€癊，20€癗-45€癗）7年滑动平均场即年代际变化的矢量EOF分析得到的前2个模态的累计方差贡献达到79.34%。
图1 中国近海风应力距平场年代际变化的第一模态（左上）、第二模态空间分布（左下）和第一模态（右上）和第二模态时间系数分布图（右下）
图1所示的矢量EOF第一模态结果的方差贡献率为53.97%。空间场主要为强度较大的南风，且在朝鲜半岛以南的大洋处较强，呈反气旋性，我国渤海黄海海域风力较强，在东南沿海即东海南部及南海北部较弱，为气旋性。从图1（右上）中可以看出7彩论文网中专毕业论文www.7ctime.com
，对应的时间序列，1961年7月至1982年时间系数为负，1982年至2003年7月时间系数为正，表明整个海域的东南风是一个增强的过程，也可以说80年代初之前北风异常增强，对应冷空气增强，80年代初之后，东南风异常增强，对应冷空气减弱。
图1所示的第二模态的空间场和时间序列，方差贡献率为25.25%。空间场为由西南向东北的风应力，且在台湾海峡处较强，台湾岛东侧的宽广海域的风应力较弱，为反气旋性，并且时间序列在1969年至1979年为负值，表明北风加强，80年代和90年代为正值，表明南风加强，且在1984年至1992年南风强度减弱，之后又逐渐加强，1995年开始逐渐减弱，90年代末开始转为负值，北风加强，强度逐渐增加。
4风应力年际变化分析
对中国近海（110€癊-136€癊，20€癗-45€癗）高频场即年际变化的矢量EOF分析得到的前2个模态的累计方差贡献达到5

2.03%。对2个模态的时间序列进行小波分析。

图2（左上）为中国近海高频场即年际变化进行矢量EOF分析第一模态的空间场，方差贡献率为30.14%。图2（左上）所示的空间场为由西北向东南并在太平洋副热带海域渐渐转为东北西南向的北风，为反气旋性。在渤海、黄海、东海海域风力较小。朝鲜半岛南侧及台湾岛东侧，东南侧海域为风应力较大区域。由于时间序列振荡剧烈，且没有明显的变化趋势。我们对此时间序列进行了小波分析，如图2（右上）所示，图中红色线内区域为通过检验的波动，可以看出2-4a的年际变化主要出现在20世纪90年代之前的时间段上，其中80年代初出现了一次7a的变化，而90年代后期主要为更低频的1-8a的年际变化。
图2 中国近海风应力距平场年际变化第一模态（左上）第二模态（左下）的空间分布和第一模态（右上）和第二模态（右下）时间序列的周期。
图2所示的第二模态结果，方差贡献率为21.89%。空间场为西南风，且呈反气旋性。渤海湾及图中东南部的太平洋为风应力较弱的区域。由台湾岛至日本南部的狭长海域为风应力较强的区域，且在日本南部及朝鲜半岛东南侧海域达到最大。对时间序列进行小波分析后发现（如图2（右下））20世纪60年代初至70年代初主要为1-6a的变化，70年代末出现了8-10a的变化，80年代主要为2-8a的变化，90年代初周期不明显，之后为2-4a的变化。
5结论与讨论
本文研究结果，总结如下，年代际的时间尺度上，近几年我国东部近海风应力的变化是一论文导读：
个东南风逐渐异常增强，冷空气逐渐减弱，东北季风异常增强的过程。我国东部近海风应力的年际变化空间分布还是以西北东南向为主，东北西南向为第二模态，时间序列主要变现为强烈的震荡，年际变化的周期主要为2-7a，猜测这种周期变化主要受到ENSO变化周期的影响。我们计算风应力的年际和年代际变化的方差贡献后发现，中国近海海域的风应力变化，海岸线附近尤其是南海北部、台湾海峡及渤海黄海北部海域的变化以年代际变化为主，而其他区域的年际变化为主。因此，中国近海区域的风应力变化主要取决于年际变化，其变化趋势与ENSO的变化存在一定关系，但在近岸海域，主要受到盛行风的影响，东北风异常增强，即冷空气增强。
本文并未对产生风应力的变化的原因进行研究，仅仅猜测ENSO变化的海洋信号与中国近海区域风应力变化有一定关系。另外，本文只是针对中国近海区域风应力变化进行研究，影响中国气候变化的因素很多，希望未来可以继续深入研究此问题。
参考文献：
　刘秦玉,胡海波,刘海龙,等.北太平洋副热带潜沉率及其变化中海面风的作用[J].海洋与湖沼,2006,37(2).
　李克让,林贤超.太平洋风应力平均场的特征[J].地理学报,1996,51(1).
[3]　王盘兴.气象向量场的自然正交展开方法及其应用[J].南京气象学院,1981(01).
[4]　Inui, T.,A. Lazar,P.Malanotte-Rizzoli,and A. Busalacchi, Wind Stress Effects on Subsurface Pathways from the Subtropical to Tropical Atlantic, J.Phys. Oceanogr.,32,2257-2276,2002.
[5]　E.O.Holopainen,A.H.Oort, Mean surface stress curl over the oceans as determined from the vorticity budget of the atmosphere,J.Atmo.Sci,38,262-269,1981.