Mid-depth Ocean Stratification: Southern Ocean eddies vs interior vertical diffusivity
Munk（1966年）将中层海洋层化拟合成指数分布，并表明与垂直对流扩散平衡相一致。然而，示踪剂释放实验表明，在中层海洋的垂直扩散率是一个数量级太小，无法解释所观察到的1公里的指数尺度。替代机制表明，翻转主要是绝热的，内部的底辟上升流是可以忽略不计的，几乎所有的中深层水上升流在南大洋（SO）。在这幅图中，SO涡旋和风在SO中设置等密度斜率，因此即使在绝热极限下也确定了非零的中层深度内部分层。SO涡旋对SO等密度线斜率的影响可以通过边缘临界条件或通过绝热极限下几乎为零的剩余翻转条件来理解。我们研究SO涡与内部混合的作用，在设置中深度分层通过使用涡允许的数值模拟，在其中，我们人为地改变diapycnal混合只远离SO。我们发现，SO等密度线斜率的变化响应的内部diapycnal混合的变化，即使当风强迫是恒定的，与以前的研究一致。然而，在小的内部混合的限制，内部分层是远离指数，这表明SO过程单独不导致所观察到的分层。结果表明，虽然SO涡旋有助于非零的中层深度的内部分层，指数形状的分层也必须涉及内部diapycnal混合。SO涡旋和内部的贯向混合因此是重要的，在确定内部中层深度指数分层。
2021-08-26 physics.ao-ph
Bathymetry imposes a global pattern of cross-front transport in the Southern Ocean
南大洋在全球气候系统中发挥着不可或缺的作用，通过深层快速流动的南极绕极流在整个主要洋盆交换热量、盐和碳。南极绕极流是由空间和时间变化的锋划分不同的水团。确定和量化跨锋面输运对于了解全球流域间交换模式至关重要;然而，这是一项挑战，因为锋面通常由水文特性（如温度或盐度）定义，而这些特性受外部源和汇的影响，而不是由水流本身的特性决定。在这里，我们表明，当其特征在于材料轮廓，最大限度地减少变形和跨轮廓混合，南大洋锋表现出全球模式的交替极地和赤道运输造成的锋面曲折，这反过来又是突出的海底障碍物的影响。这些结果突出了测深特征在控制南大洋动态和海盆间交换方面的重要性。
2023-03-15 math.DS physics.ao-ph
Estimates of dissipation of wave energy by sea ice for a field experiment in the Southern Ocean, using model/data inversion
一个模型数据反演应用于一个非常大的观测数据集收集在南大洋北部的罗斯海在晚秋初冬，产生的频率依赖的海冰消散率的估计。建模平台是WAVEWATCH III（R），其考虑了非平稳性、平流、造波和其他相关过程。由此产生的9477耗散配置文件与其他变量，如冰厚，量化的相关性，可能会在以后的研究，以提高预测。反演的平均耗散分布拟合为简单的二项式。关于平均配置文件的变化是不小的，但二项式显示出显着的定性相似性先前的观测为基础的估计耗散，和功率的依赖性是一致的，至少有三个理论模型，其中一个假设耗散是由剪切产生的湍流在冰水界面。
2020-06-12 physics.ao-ph
Observations of rogue seas in the Southern Ocean
该研究通过南大洋破冰船上的立体相机观测，发现异常巨浪海况出现在强风驱动和高非线性下的波浪生长阶段，其重尾统计特征可由准共振波-波相互作用解释，风停后统计恢复正态。
2024-01-17 physics.ao-ph
How Does the Antarctic Circumpolar Current Affect the Southern Ocean Meridional Overturning Circulation?
利用水文观测和卫星海面高度观测相结合的方法，研究了南大洋经向翻转环流（MOC）。使用Ferrari & Nikurashin（2010年）的理论，包括强时间平均流抑制扩散率的影响，获得了南大洋等密度涡扩散率的三维（空间和垂直）估计。结果表明，涡动扩散系数随深度增加而增强，在1000 m附近的“临界层”处达到最大值。扩散系数的估计与一个简单的扩散参数化，估计纬向涡量通量。涡动体积通量与时均纬向埃克曼输送和时均纬向地转输送一起被用来重建时均翻转环流。通过比较平均流抑制涡动扩散率和不抑制涡动扩散率的重建结果，说明了平均流抑制涡动扩散率对倾覆的影响。结果表明，涡扩散系数的抑制导致内部涡输运的大幅减少，以及更真实的涡诱导翻转环流。最后，一个简单的概念模型被用来表明，MOC的影响，不仅存在的增强扩散系数在深度，但也由细节的垂直结构的涡流扩散系数，如临界层的深度。
2016-12-04 physics.ao-ph
Global Climate network evolves with North Atlantic Oscillation phases: Coupling to Southern Pacific Ocean
我们使用1948-2010年的再分析数据，从全球不同地理位置的表层大气温度的气候记录构建了一个网络。我们发现，网络与北大西洋涛动（NAO），无论是在本地北大西洋，并通过耦合到南太平洋。这些区域之间存在着远程连接，而且随着时间的推移保持稳定，这使我们能够对这一现象提出一个可能的物理解释。
2013-09-07 physics.ao-ph physics.geo-ph
Modelling the coupling between ocean and atmosphere; the global signature of the El Niño/La Niña Southern Oscillation
卫星和地面观测被用来探索被称为厄尔尼诺/拉尼娜南方涛动（ENSO）现象的海洋-大气复合联系，该现象与极端天气事件密切相关（如热浪、龙卷风、洪水和干旱）、流行病的发生率（例如疟疾）、严重的珊瑚白化等。ENSO时间演变取决于耦合的海洋/大气系统之间的能量交换。它的周期平均约为四年，但有相当大的调制它从几个来源，这是尚未完全理解。本文的目的是提供一个更好的洞察全球签名的ENSO演变考虑连续的自然相互作用发生在海洋和大气之间，和人为的影响。所获得的结果可用于阐明海洋-大气相互作用的更精确的高级模型的发展，从而改进气候变化预测。
2017-08-21 nlin.CD physics.ao-ph
Ice Melt, Sea Level Rise and Superstorms: Evidence from Paleoclimate Data, Climate Modeling, and Modern Observations that 2°C Global Warming is Dangerous
我们使用数值气候模拟，古气候数据和现代观测来研究南极洲和格陵兰岛的冰融化的影响。融水趋于稳定海柱，诱导放大反馈，增加地下海洋变暖和冰架融化。寒冷的融水和引发的动力学效应导致南大洋和北大西洋的海洋表面冷却，从而增加了地球的能量不平衡和进入全球大部分海洋表面的热通量。南大洋表面变冷，而低纬度地区变暖，增加了南大洋的降水，增加了海洋层化，减缓了深水形成，增加了冰盖质量损失。这些反馈使与海洋接触的冰盖容易加速解体。我们假设，冰质量损失从最脆弱的冰，足以提高海平面数米，是更好地近似为指数比一个更线性的响应。10年、20年或40年翻一番，海平面将在大约50年、100年或200年内上升数米。最近的冰融化加倍时间接近10-40年范围的低端，但记录太短，无法确认反应的性质。包括次表层海洋变暖在内的反馈有助于解释古气候数据，并指出南大洋在控制大气二氧化碳方面的主导作用，这反过来又严格控制了全球温度和海平面。深海通风的千年（500-2000年）时间尺度影响了自然CO2变化的时间尺度，从而影响了古全球气候、冰盖和海平面变化的时间尺度，但这一古千年时间尺度不应被误解为冰盖对快速大人为气候强迫的响应时间尺度。
2016-02-03 physics.ao-ph
Eddy saturation of the Southern Ocean: a baroclinic versus barotropic perspective
“涡饱和”是指洋流的总时均体积输送对风应力强迫相对不敏感的状态，通常被用作南大洋环流的动力学描述。我们重新审视涡流饱和的问题，在一个理想化的通道设置水深测量使用连续方程模型。我们只应用机械风应力强迫，没有底涡混合或表面浮力强迫。我们的主要目的是评估两种机制的相对重要性，产生涡饱和状态：（i）通常调用斜压机制，涉及的竞争的倾斜isopycnals和抑制生产的斜压涡旋，和（ii）正压机制，涉及生产的涡旋通过横向剪切不稳定性或通过相互作用的正压流与测深功能。我们的研究结果表明，正压流分量起着至关重要的作用，在确定总体积输送。
2019-09-09 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Predicting Critical Biogeochemistry of the Southern Ocean for Climate Monitoring
MIT（麻省理工学院）；WHOI（伍兹霍尔海洋研究所）
生物地球化学-Argo（BGC-Argo）计划正在建立一个全球分布的、配备传感器的机器人剖面浮标网络，以提高我们对气候系统及其变化的理解。然而，这些浮动在测量的变量数量上是有限的。在这项研究中，我们训练神经网络预测硅酸盐和磷酸盐的值在南大洋的温度，压力，盐度，氧，硝酸盐，和位置，并将这些模型应用到地球系统模型（ESM）和BGC-Argo数据，以扩大这个海洋观测网络的效用。我们根据全球海洋船基水文调查计划（GO-SHIP）的观测结果训练了我们的神经网络，并使用dropout正则化来提供我们预测值的不确定性界限。我们的神经网络显著改善了线性回归，但在预测变量的范围内显示出不同程度的不确定性。我们探索我们的估计量的泛化到我们的训练分布之外的测试数据，从ESM和BGC-Argo数据。我们使用分布外的测试数据来检查地球化学参数的变化，并计算估计值的不确定性界限，这推动了海洋学数据和气候监测的发展。我们公开我们的数据和代码。
2021-10-30 cs.LG physics.ao-ph
Energy exchanges between a two-dimensional front and internal wave modes
锋面和近慣性波是上层海洋中的高能运动，它们可以相互作用并为平衡海洋流的动能（KE）耗散提供路径。本文利用准线性模式研究了二维地转平衡锋在应变诱导的半地转锋生和内波垂直模态下的动能交换。拟线性模型的数值求解变量施加的应变大小，初始IW垂直模式，并为最小频率（近惯性，NI）和高频IWs。前IW KE交换量分别在两个锋生阶段-一个指数锐化阶段，其特征在于由一个低的罗斯贝数，并由所施加的地转应变驱动，其次是一个超指数锐化阶段，其特征在于由一阶罗斯贝数，并由非地转次级环流的收敛驱动。它表明，高频IWs迅速逃离锋区，是非常有效的提取KE从施加的地转应变场通过变形剪切生产（DSP）机制。然后将提取的KE的一部分转换为波浪势能。最小频率的IWs保持锁定锋区，因此交换能量与非地转锋面环流。在指数阶段，IWs通过DSP从地转应变中提取KE，并通过非地转切变产生（AGSP）机制将其转移到锋面次级环流中。在超指数阶段，一个新发现的机制，收敛生产（CP），这是直接联系到收敛的二次循环，在NIW KE预算中起着重要的作用。
2022-06-16 physics.ao-ph
A Summer Meridional Subsurface Temperature Dipole Mode in the South China Sea
该研究利用高分辨率再分析资料发现南海存在夏季次表层温度偶极子模态，其由风应力旋度异常驱动的垂直热输运和浅层经向翻转环流共同控制，影响上层海洋热含量年际变率。
2025-08-05 physics.ao-ph
Calving on tidewater glaciers amplified by submarine frontal melting
虽然一再表明，海洋条件对陆地冰川的行为具有重要的控制作用，但建模研究主要侧重于基底和表面融化的影响。在这里，一个有限元模型的应力附近的一个tidal冰川的前面是用来调查的影响，前融化的产犊，独立的产犊标准。应力模型的理想化的情况下的应用程序显示，由于锋面融化的冰锋的底切可以驱动产犊高达十倍的平均融化速率。导致锋面融化驱动的冰解增加的因素包括冰中强烈的热量梯度和锋面融化在冰川底部的集中。这些特性是北极和南极冰川的典型特征。研究发现，锋面融化附近的基地是一个强大的驱动力的冰解导致的结论是，水温附近的冰川床是至关重要的冰川前，从而冰川的流动。这些结论是强大的基础边界条件的变化和选择的产犊标准，以及冰川的大小或裂缝水平的变化。
2012-08-06 physics.ao-ph physics.geo-ph
Oceanic stochastic parametrizations in a seasonal forecast system
我们研究了三个随机参数化在海洋分量的耦合模式，在季节性时间尺度上的预测可靠性的影响。分析了这些方案对海洋平均状态和集合扩散的相对影响。在大多数区域，耦合系统的大气强迫引起的海洋变率是集合传播的主要来源。对扩散和偏差影响最大的是随机扰动参数化趋势（SPPT）方案，该方案已被证明在大气中特别有效。受影响的主要区域是涡旋活跃区域，即西边界流和南大洋。然而，与其在大气中的影响不同，海洋中的SPPT并没有导致预报误差的显着减少。虽然有很好的理由在海洋模型中实施随机方案，我们的研究结果表明，他们将不得不更加复杂。对下一代随机格式提出了一些建议。
2015-06-30 physics.ao-ph
Southern Ocean Dynamics Under Climate Change: New Knowledge Through Physics-Guided Machine Learning
Harvey Mudd College（哈维穆德学院）；University of California（加利福尼亚大学）；ECMWF（欧洲中期天气预报中心）；IPSL（皮埃尔-西蒙·拉普拉斯研究所）；IRD（法国发展研究院）
本研究针对南大洋动力变化机制不清的问题，将THOR方法拓展至中尺度涡气候模型，结合神经网络集成与可解释性方法，揭示了南极绕极流与太平洋-南极海岭交汇区模态转变的风应力和地形驱动机制。
2023-12-17 cs.LG physics.ao-ph
The Antarctic circumpolar wave and its seasonality: Intrinsic traveling modes and ENSO teleconnections
通过非线性拉普拉斯谱分析（NLSA），在南大洋的年际变化进行了研究，非线性动力系统，可以同时恢复多个时间尺度的数据与高技能的目标特征分解技术。应用模拟和观测的海面温度和海冰浓度数据，NLSA恢复了与南极绕极波（ACW）相对应的波数-2东向传播信号。在其生命周期的某些阶段，这种模式的空间模式显示了一种结构，可以解释南极偶极子模式的统计起源。另一组模态的组合频率与ACW对年周期的调制一致。对这些新发现的模式的进一步研究表明，它们既可以向东传播，也可以向西传播，并结合了令人想起北极海冰重新出现模式的纬向脉动。此外，他们表现出较小规模的空间结构，并解释更多的印度洋方差比主要ACW模式。我们将这些模态归因于ACW和热带印度-太平洋之间的遥相关，特别是基本ENSO模态及其与NLSA恢复的年周期的组合模态。从南极变量中提取的另一种模式显示了南大洋上向东传播的波数3结构，但与印度洋-太平洋年际变率没有很强的相关性。
2018-05-15 physics.ao-ph
Kinetic energy of eddy-like features from sea surface altimetry
中尺度涡场在海洋物理和生物特性的混合和输送以及能量收支的再分配中起着关键作用。涡流动能通常定义为速度场随时间变化的分量的动能。然而，这个定义包含了所有随时间变化的过程，包括相干的中尺度涡旋、喷流、波浪和大尺度运动。本文着重研究相干中尺度涡旋中所含的涡旋动能。本文提出了一种将涡旋动能分解为海洋过程的新方法。该方法采用了一种新的涡流识别算法（TrackEddy）。该算法基于相干涡旋的海平面特征可以近似为高斯特征的前提。涡高斯签名，然后允许通过地转近似的涡场的动能的计算。利用合成海平面高度资料对TrackEddy进行了验证，并利用卫星海平面高度距平（AVISO+）研究了南大洋涡旋动能的变化趋势。我们探测到南大洋中尺度涡旋的涡旋动能有增加的趋势。这种趋势与近20年来相干涡振幅的增加和风应力的加强有关。
2019-08-24 physics.ao-ph
Can vertical mixing arrest ocean frontogenesis?
Newcastle University（纽卡斯尔大学）；University College London（伦敦大学学院）
本文研究垂直混合对海洋锋生的影响，发现当锋面宽度超过临界值时，垂直混合可直接抑制锋生性次级环流，并通过非线性迭代方法找到平衡态，扩展了现有渐近解。研究揭示了垂直混合在锋面动力学中的关键作用。
2026-09-15 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Annually Modulated Pacific Subtropical Highs Pace the ENSO Cycle: A Hierarchical Framework from Earth Rotation to Atmosphere-Ocean Dynamics
Chinese Academy of Meteorological Sciences（中国气象局气象科学研究院）
该研究揭示年调制的太平洋副热带高压通过地球自转的次年振荡调控ENSO循环，其指数可提前14-17个月确定ENSO事件相位，明确了ENSO触发、维持及终止的层级机制。
2026-08-12 physics.ao-ph
An evaluation of the LLC4320 global ocean simulation based on the submesoscale structure of modeled sea surface temperature fields
我们从2012-2020年Level-2 VIIRS海表温度（SST）数据集中提取了约2.8M几乎无云的144 x144 km^2剪切图像，以定量地与麻省理工学院海洋环流模型输出进行比较，特别是从2011年11月17日开始的为期一年的LCC 4320 1/48 deg全球海洋模拟，在地理位置和一年中的天数上与VIIRS的观测结果相匹配。我们使用无监督的概率自动编码器（PAE）分析了这些切口，以了解10至80 km尺度（亚中尺度至中尺度）的SST结构。一个关键的发现是，在一般情况下，LLC 4320模拟准确地再现了观测到的SST模式，无论是全球和区域。尽管存在适度的、取决于纬度的偏移，但65%的海洋的全球结构分布中位数在2 sigma内匹配。在区域上，模式输出模拟PAE揭示的VIIRS数据中的中尺度SST模式变化，包括受水深变化影响的细微特征。但也有一些地区的SST型分布有明显的差异：（1）靠近西边界流与大陆边缘的分离，（2）在ACC，特别是在印度洋的东半部，（3）在赤道15 °的赤道带。（1）中的差异是由于模拟的西边界流过早分离造成的。在（2）中，南印度洋，模式输出预测的结构比观测到的要多，这可能是由于模拟中混合层的错误表示或能量耗散和搅拌不准确。（3）中的差异，赤道带，也可能源于模式误差，可能是由于模拟的短期或不充分的高频/波数大气强迫。虽然这些模式数据差异的确切原因仍然不确定，…
2023-03-24 physics.ao-ph
Topographic forcing of submesoscale instability in the Antarctic Circumpolar Current
本研究利用回算模型探讨南极绕极流地形边界附近的次中尺度不稳定性，发现极锋射流反气旋侧的地形剪切导致地下对称和离心不稳定性广泛分布，并促进持续混合。
2024-10-14 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Regional modeling of surface and sub-surface dynamics in the Bay of Bengal using Modular Ocean Model
利用模块化海洋模式中的开边界条件（OBC）对孟加拉湾的区域动力学进行了研究，以了解初级和次级中尺度特征对各种海洋产品和湍流通量的影响。采用0.1度的水平分辨率来分辨一系列中尺度特征。为了对垂直混合进行参数化，实现了K剖面参数化（KPP）方案。结果表明，成功地实施了OBC在一个区域域的质量和能量的交换和质量守恒的边界。用SODA再分析对海表温度（SST）和海表盐度（SSS）进行了验证，结果表明两者吻合较好。混合层深度（MLD）模式得到了很好的体现，尽管与SODA再分析相比，其强度略低于预测值。此外，水流能量学分析揭示了湍流动能（K）、生产通量（P）、浮力通量（B）和耗散（ε）的区域差异。我们的研究结果清楚地揭示了在孟加拉湾南部孟加拉湾存在的逆能量级联，其中能量从湍流涡旋流回平均流结构。平均气流结构的重新调整可能会使大尺度环流持续更长时间，从而改变当地的动力。进一步分析表明，B项是孟加拉湾北部和中部孟加拉湾地区湍流产生的主要来源。这些结果传达了能量在孟加拉湾不同区域产生和转移的各种机制。
2021-05-06 physics.ao-ph
Modeling the seasonal variability and the governing factors of Ocean Acidification over the Bay of Bengal region
孟加拉孟加拉湾（BoB）是一个高接收来自河流和降水的淡水通量，使该地区强烈分层。强烈的分层导致形成厚的阻挡层，这抑制了垂直混合，使该区域成为低产带。在本研究中，我们试图模拟的BoB地区的pH值，并了解不同的控制因素，如海表温度（SST），海表盐度（SSS），溶解无机碳（DIC），和总碱度（TALK）的季节性海面pH值的作用。我们运行一组敏感性实验，以了解每个控制因素的作用。结果表明，SST、SSS和DIC是影响表层pH的主要驱动因子，TALK起缓冲作用。SST和DIC一直被发现是相反的对方。前季风季节（MAM）已被证明有一个几乎相等的贡献，从所有的驱动程序。在前季风季节，SST和DIC由TALK和SSS平衡。SSS的作用在下半年明显占主导地位。在西南季风季节，SST和SSS都与DIC的作用相反。强分层在调节BoB区域的pH中起着至关重要的作用。形成在子表层的阻挡层的厚度积极影响海面pH值。北部的BoB被发现是碱性比南部的BoB。我们的研究强调了与世界海洋其他地区相比，BoB地区海洋酸化的复杂性。
2022-06-03 physics.ao-ph
Role of mesoscale eddies in transport of Fukushima-derived cesium isotopes in the ocean
本文介绍了2012年6月和7月在北太平洋西部表层和不同深度采集的福岛核电厂（FNPP）释放的$^{134}$ Cs和$^{137}$ Cs的原位测量结果。结果表明，事件发生后15个月，日本海和鄂霍次克海的放射性铯浓度处于本底水平或略有增加，而日本以东的亚北极锋区放射性铯浓度值有所增加。已发现$^{134}$ Cs和$^{137}$ Cs的最高浓度高达13.5 ${\pm}$ 0.9和22.7 ${\pm}$ 1.5 Bq m $^{-3}$，超过事故前背景水平的十倍。在反气旋涡旋核心（100 - 500米）内的次表层和中层水层中观察到放射性铯的最大含量。在1000米深处的某些涡流中，放射性铯的含量甚至略有增加。预计涡内地表水的辐合和俯冲是放射性核素向下输送的主要机制。现场观测的结果进行了比较，这些放射性同位素模拟平流的AVISO高度速度场。不同的拉格朗日诊断用于重建的历史和起源的合成示踪剂模仿测量的海水样品收集在每个这些漩涡。观测结果与模拟结果一致。结果表明，模拟航行中将测量的放射性增加的水样的示踪剂确实访问了可能污染程度高的地区。反气旋涡旋之间的快速水平流和涡旋内部地表水的辐合使它们负责富铯水的扩散、积累和向下输送到锋区的中间深度。
2014-10-09 physics.ao-ph
How well is surface ocean carbon represented in observations and ocean models?
National Institute of Oceanography and Applied Geophysics (OGS)（海洋与应用地球物理学国家研究所）；Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA)（高级国际研究学院）；Columbia University（哥伦比亚大学）；Lamont-Doherty Earth Observatory（拉蒙特-多尔蒂地球观测站）；New York City College of Technology（纽约市立技术学院）
该研究提出基于数据流形的通用框架，对比表层海洋碳在SOCAT观测与GOBMs中的表征，发现GOBMs未完全捕捉观测数据空间复杂性，提出新指标以构建更准确的加权估计集合。
2026-09-02 physics.ao-ph stat.AP
Particle dispersion and clustering in surface ocean turbulence with ageostrophic dynamics
本文通过数值模拟研究非地转运动对表层海洋拉格朗日粒子对扩散与聚集的影响，发现非地转分量主要促成临时粒子聚集体且强度随Rossby数增大，粒子优先聚集于气旋性锋面区域。
2023-11-08 nlin.CD physics.ao-ph physics.flu-dyn
Correlations of the first and second derivatives of atmospheric CO2 with global surface temperature and the El Nino-Southern Oscillation respectively
要了解当前的全球气候，需要了解地球大气温度和厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）的趋势，ENSO是热带太平洋温暖海水的一种典型大规模分布，也是逐年气候变化的主要模式（Holbrook等人，2009年）。然而，尽管付出了很多努力，当前气候模式的平均预测在统计上与观测到的21世纪全球地面温度趋势存在显著差异（Fyfe 2013），并且未能反映21世纪年平均全球温度没有上升的统计学显著证据（Fyfe 2013，Kobaly 2013）。模型还提供了对未来厄尔尼诺/南方涛动变率的各种预测，有些显示出增加，有些显示出减少，有些则没有变化（Guiyardi等人，2012年; Bellenger，2013年）。在这里，我们提出的相关性，其中包括当前的时代，并没有这些缺点。相关性如下。首先，它已被证明（郭1990年，王W。等人，2013年），大气CO2水平的变化率（表示为一阶导数）具有时间趋势特征，其在统计上与全球地面温度的变化率显著相似。其次，我们在这里表明，这种变化的速度-大气中二氧化碳水平的二阶导数-统计上显着相关的厄尔尼诺-南方涛动显示的单独签名。第三，我们表明，二阶导数大气CO2导致ENSO，一阶导数CO2和温度。综上所述，上述三点为大气CO2作为全球气候驱动因素的关键作用提供了进一步的证据。这些结果也有助于更准确地预测未来全球气候。
2014-02-25 physics.ao-ph
The Rise and Fall of ENSO in a Warming World: Insights from a Lag-Linear Model
University of Chicago（芝加哥大学）；Stanford University（斯坦福大学）；University Corporation for Atmospheric Research（大气研究大学公司）
本文基于滞后线性模型，研究了温室变暖下ENSO强度的暂时增强与随后减弱，揭示了海洋次表层调整时间尺度与变暖时间尺度的比值对ENSO峰值振幅的影响。
2026-06-29 physics.ao-ph
Evaluation of CMIP models with IOMB: Rates of contemporary ocean carbon uptake linked with vertical temperature gradients and transport to the ocean interior
国际海洋模型基准测试（IOMB）软件包是一种新的社区资源，用于评估CMIP 5和CMIP 6地球系统模型（ESM）中的表层和上层海洋变量。我们的分析显示，与CMIP 5相比，CMIP 6的多模型平均值总体有所改善。我们检查的大多数变量包括表面营养物、温度和盐度。我们发现CMIP 5和CMIP 6海洋模型都低估了20世纪70年代后人类活动对二氧化碳的吸收。对于1994年至2007年期间，CMIP 6的多模式平均值得出的平均累积碳吸收量为27.2 +-2.2 Pg C，比两组观测值得出的32.0+-5.7 Pg C估计值低约15%。在北大西洋北部和南半球中纬度地区（30-60°S），人为碳清单变化存在负偏差。对于几个模型，提供模拟氯氟烃（CFC），我们证明了负人为DIC偏差的区域与CFC浓度负偏差的区域相吻合。这种关系表明，在某些模式中，人为碳储存的低估部分源于海洋表面和内部之间的弱传输。为了检验这一属性在CMIP 5和CMIP 6全套模型中的稳健性，我们研究了200至1000米之间的垂直温度梯度，作为表层和深层水之间分层和交换的指标。在全球范围内，在不同的模式和不同的MIP，我们发现垂直温度梯度的偏差和人为碳吸收的偏差之间的线性关系，与海洋碳汇的模型偏差与表面到内部的运输偏差的假设一致。
2022-02-23 physics.ao-ph physics.bio-ph
Role of Surface Gravity Waves in Aquaplanet Ocean Climates
我们提出了一套理想化的数值实验的冬至水行星海洋和研究的热力学和动力学的影响表面重力波（SGW）后，其平均状态。水行星的海洋环流主要由赤道纬向急流和四个埃克曼驱动的纬向翻转环流（MOC）细胞与西风大气急流和东风信风在两个半球对齐。包括SGW参数化（代表海气动量通量，朗缪尔环流和斯托克斯-科里奥利力的调制）增加混合层垂直动量扩散约。40%，并抑制表面动量通量约。百分之四相应减弱的MOC通过减少热量和盐的大尺度平流输送，使赤道纬度变清（蒸发量减去降水量[E-P]为负），并使副热带盐度增加（E-P为正），从而影响1公里深度的海洋密度结构。百分之一中纬度密度跃层在两个半球加深纳入SGW。将SGW纳入水行星海洋模型可使混合层深度增加约100%。10%（中纬度地区冬季高达20%），减少200米以上的垂直切变，改变当地中纬度浮力频率。一般来说，SGWs对水行星海洋的影响在较冷和较暖的气候中是一致的。我们认为，这些模拟的影响可能是相关的了解未来的预测SGW气候，系外海洋，南大洋混合层的动态。
2021-06-09 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.flu-dyn
CAS-Canglong: A skillful 3D Transformer model for sub-seasonal to seasonal global sea surface temperature prediction
本文提出CAS-Canglong三维Transformer模型，融合气候时间特征与自注意力机制预测全球S2S海表温度，在七大关键海域将1至3个月预测技巧提升13.7%至77.1%。
2024-09-09 physics.ao-ph
Discrepancies in Southern Hemisphere Mid-latitude Atmospheric Variability of the NCEP-NCAR and ECMWF Reanalyses
在这项研究中，我们比较的代表性南半球中纬度冬季变率的NCEP-NCAR和ERA 40再分析。我们使用经典的Hayashi光谱技术，最近应用到比较不同的光谱子域上的北半球的大气变率的描述。我们检验了两个再分析系统在大气活动性表征上的一致性。在南半球，即使在卫星期间，同化的数据也相对较少，主要是在海洋上空，它们对模式动力学的约束较弱。我们发现在不同的空间和时间尺度的变异性的描述相关的差异。ERA 40通常以较大的方差为特征，特别是在高频频谱区域。在卫星观测前，两次再分析结果之间的差异较大，且是随机分布的，而在1979年以后，两次再分析结果之间的差异是系统性的。此外，在VTPR期间（1973-1978年）观察到一个突然的跳跃，主要是在ERA 40再分析。我们的研究结果表明，今天，我们没有一个明确的图片的冬季中纬度变率在南半球的属性，用于评估的现实主义的气候模式和需求的相互比较研究的IPCC模型的自我一致性的评估在分析的属性的代表。
2006-04-12 physics.ao-ph physics.data-an physics.flu-dyn
Identifying Lagrangian fronts with favourable fishery conditions
海洋中的拉格朗日锋（LF）描绘了具有不同拉格朗日性质的地表水之间的边界。通过计算合成示踪剂和其他拉格朗日指标漂移的天气图，可以在给定的速度场中准确地检测到它们。利用俄罗斯在世界渔业资源最丰富的西北太平洋地区的几个商业性渔业季节的船舶渔获量和位置资料，统计表明，秋刀鱼最大渔获量的渔场不是随机分布的，而是主要分布在产鱼量大的俄亥俄海流冷水区、大豆海流南支暖水区、和暖心黑潮环的水域汇合对第一次和第二次Oyashio入侵年份的高度地转速度场计算表明，尽管海洋条件不同，LF位置可能是潜在渔场的良好指标。秋刀鱼聚集在LF附近的可能原因进行了讨论。我们提出了一种机制，有效的营养丰富的水的基础上拉伸的材料线在海洋中的双曲线物体附近的出口。所提出的方法是在任意流速场中识别低频成分，具有较强的通用性，可应用于不同海域和大洋中其他中上层鱼类潜在渔场的预报。
2013-06-20 nlin.CD physics.ao-ph
Depth-dependent warming of the Gulf of Eilat (Aqaba)
本研究分析埃拉特湾700米内温度等数据，发现全深度海水变暖速率与全球海表及地中海相当，其与冬季深层混合事件减少、南部热量平流相关，表明局地海洋变暖或关联偏远区域变暖。
2023-12-13 physics.ao-ph
Simulating the influence of sea-surface-temperature (SST) on tropical cyclones over South-West Indian ocean, using the UEMS-WRF regional climate model
热带气旋仍然是对西南印度洋周围社区，特别是南部非洲和马达加斯加的生命、财产和经济的主要威胁。本研究利用天气研究预报模式（WRF）对热带气旋埃纳沃（Enawo）进行了一系列模拟，旨在研究海表温度（SST）升高或降低（2 $^{\circ}C$）对热带气旋强度的影响（使用风速、降水和气压作为气旋强度的度量）。试验利用欧洲中期天气预报中心（ECMWF）ERA 5再分析资料对WRF模式的模拟结果进行了验证。结果表明，WRF模式在模拟热带气旋的路径和风速方面表现得相当不错，与观测资料相比。在模拟热带气旋时，WRF模式显示，海表温度每增加2 $^{\circ}C$，所形成的热带气旋的强度一般都会增加。这在最大降水率和风速的增加以及最小气压的降低中是明显的。SST的增加也会导致第二个低压系统的出现。另一方面，SST降低2 $^{\circ}C$会对强度产生微小影响，但通常会降低强度。这会导致热带气旋的路径更加平滑，最大降水率和风速降低，地面气压增加。这项研究的结果表明，全球气温增加约2 $^{\circ}C$ -违反《巴黎协定》-将导致西南印度洋内更加猛烈和不可预测的热带气旋，从而造成更多的破坏和生命损失。
2019-06-19 physics.ao-ph physics.geo-ph
Evidence for an ancient sea level on Mars
火星与地球有许多相似之处和特征，包括各种地质特征和行星结构。这两颗行星的显著双峰式海拔分布是最引人注目的全球特征之一，表明地球和火星上地壳分异的地球动力学过程相似。基于类似古代海岸线的地理特征，也有几个证据表明，在北半球有一个古代火星海洋的存在，它几乎覆盖了火星表面的三分之一。然而，将某些特征解释为古代海岸线的观点受到了彻底的挑战，这使得火星是否存在原始海洋存在争议。此外，如果火星上以前存在海洋，那么水的体积仍然存在很大的模糊性，估计范围超过$4$数量级。在这里，我们将火星海平面问题映射到一个渗流模型上，该模型提供了强有力的证据，证明火星上最长的等高度线将南北半球分开，作为一个临界水平高度，具有不同的相关长度，并与地球上目前的平均海平面起着相同的作用。我们的研究结果揭示了火星和地球之间的显着相似之处，提出了一个关于火星上古代海洋水平的可验证假设，可以通过未来的调查和航天器探索来实验回答。
2020-06-03 astro-ph.EP cond-mat.stat-mech physics.ao-ph
Linking Horizontal and Vertical Submesoscale Lagrangian Dynamics South of the Ibiza Channel
Institute for Cross Disciplinary and Complex Systems (IFISC), CSIC-UIB（交叉学科与复杂系统研究所 (IFISC)，CSIC-UIB）；Mediterranean Institute for Advanced Studies (IMEDEA), CSIC-UIB（地中海高级研究所 (IMEDEA)，CSIC-UIB）；Instituto de Ciencias Marinas de Andalucia (ICMAN-CSIC)（安达卢西亚海洋科学研究所 (ICMAN-CSIC)）
本研究以地中海西部伊比萨海峡南部的两条丝状体为对象，利用高分辨率海洋模拟和拉格朗日诊断，发现亚中尺度动力学产生的FSLE丝状体可作为输运屏障，其表面特征对应调节上层海洋横向聚集与垂直连通性的三维输运结构。
2026-10-14 physics.ao-ph physics.flu-dyn
Zonal-mean circulation response to reduced air-sea momentum roughness
表层物理学的不确定性对大气环流的影响相对来说还没有被探索。本文用社区大气模式（CAM 3）研究了低流速时纬向平均环流对减小的海气动量粗糙度（$Z_{0m}$）的敏感性。在一个具有指定海面温度的水行星框架中，对$Z_{0m}$减少的响应类似于La Ni $\tilde{\text{n}}$ a减去El Ni $\tilde{\text{n}}$ o对El Ni $\tilde{\text{n}}$ o南方涛动变率的响应，其中：i）中纬度西风带向极移动，一直延伸到地面; ii）副热带下降区向极移动较弱;及iii）哈德利环流减弱，一般亦伴随着热带会聚区及热带地面东风带向极移。机制否认实验表明，这种响应是由热带潜热和感热通量的减少，减少$Z_{0m}$的影响。通过考虑热带能量通量对Hadley环流强度、对流层上部临界层纬度和对流层下部斜压涡动强迫的影响，阐明了环流响应。ITCZ的转变是通过在热带湿静态能量收支分析。环流对减少的$Z_{0m}$的响应延续到更复杂的设置，具有季节性周期，大气-冰-陆地-海洋相互作用的完全复杂性，以及板状海洋下边界条件。因此，表面参数化参数的相对较小的变化可以导致显著的环流响应。
2016-06-02 physics.ao-ph
Fine-Scale Heterogeneity of Snow Cover in the Antarctic Marginal Ice Zone
The University of Melbourne（墨尔本大学）；Swinburne University of Technology（斯威本科技大学）；University of Tasmania（塔斯马尼亚大学）；University of Cape Town（开普敦大学）；British Antarctic Survey（英国南极调查局）；Bureau of Meteorology（气象局）
该研究利用五次南极考察的多源数据，揭示南极边缘冰区积雪精细尺度异质性全年存在且与冰浓度无关，其纳入通量计算会引入系统偏差，建议将亚网格积雪分布用于南极海冰演变模拟及极地气候反馈研究。
2026-08-25 physics.ao-ph
On the archetypal `flavours', indices and teleconnections of ENSO revealed by global sea surface temperatures
本文提出用 archetypal analysis 分析全球去趋势海表温度异常，以层级方式识别 ENSO 类型、相位及遥相关，并验证其优于多种机器学习相位识别方法。
2024-06-12 physics.ao-ph physics.data-an
