冬季黑潮延伸體變化及其對北美、東亞極寒天氣影響的機(jī)制探究一、引言1.1研究背景與意義在全球氣候系統(tǒng)中，海洋環(huán)流扮演著極為重要的角色，而黑潮延伸體（KuroshioExtension，簡稱KE）更是其中的關(guān)鍵組成部分。黑潮作為北太平洋西部邊界流，是北太平洋西部最大的暖流，其延伸體海域是全球海洋環(huán)流的核心區(qū)域之一。這里不僅具有強(qiáng)烈的海洋鋒，還存在顯著的年代際變率，對全球氣候變化有著深遠(yuǎn)影響。黑潮延伸體海域的海洋鋒十分強(qiáng)烈，暖的黑潮與向南流動冷的親潮相遇，在其北側(cè)形成了混合水域。這種獨(dú)特的海洋鋒結(jié)構(gòu)使得該區(qū)域具有強(qiáng)烈的大氣斜壓性，進(jìn)而顯著影響北太平洋上空風(fēng)暴軸異常。此外，黑潮延伸體具有顯著的年代際變率，這種變率通過改變低層大氣斜壓性，對北太平洋風(fēng)暴軸產(chǎn)生錨定作用，從而改變大氣環(huán)流特征。例如，在某些年份，黑潮延伸體的海溫異常升高或降低，會引發(fā)一系列的大氣環(huán)流異常，進(jìn)而影響全球氣候。極寒天氣對人類社會和生態(tài)環(huán)境造成的影響是多方面且深遠(yuǎn)的。在北美地區(qū)，極寒天氣常常導(dǎo)致交通癱瘓，道路結(jié)冰使得車輛難以行駛，航班被迫取消，嚴(yán)重影響人們的出行和貨物運(yùn)輸。農(nóng)業(yè)也遭受重創(chuàng)，農(nóng)作物遭受凍害，產(chǎn)量大幅下降，給農(nóng)民帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。能源需求在極寒天氣下急劇增加，人們需要更多的暖氣來抵御嚴(yán)寒，這對能源供應(yīng)系統(tǒng)構(gòu)成了巨大壓力，甚至可能引發(fā)能源危機(jī)。在東亞，極寒天氣同樣帶來諸多問題。大量牲畜因寒冷而死亡，畜牧業(yè)遭受打擊?；A(chǔ)設(shè)施也面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)，水管爆裂、電力設(shè)施故障等問題頻發(fā)，影響居民的正常生活。此外，極寒天氣還會對人體健康產(chǎn)生不利影響，引發(fā)呼吸道疾病、心血管疾病等，增加醫(yī)療負(fù)擔(dān)。研究黑潮延伸體的變化對極寒天氣的影響，在氣候預(yù)測方面具有不可忽視的重要性。通過深入了解黑潮延伸體與極寒天氣之間的關(guān)聯(lián)，我們可以提高氣候預(yù)測的準(zhǔn)確性。利用先進(jìn)的數(shù)值模型和數(shù)據(jù)分析方法，結(jié)合黑潮延伸體的海溫、海流等數(shù)據(jù)，能夠更精準(zhǔn)地預(yù)測極寒天氣的發(fā)生時間、強(qiáng)度和影響范圍。這為相關(guān)部門提前制定應(yīng)對措施提供了科學(xué)依據(jù)，使人們能夠更好地做好防范準(zhǔn)備，減少極寒天氣帶來的損失。在防災(zāi)減災(zāi)方面，研究結(jié)果也具有重要的應(yīng)用價值。根據(jù)對黑潮延伸體變化的監(jiān)測和對極寒天氣的預(yù)測，我們可以制定針對性的防災(zāi)減災(zāi)策略。提前儲備足夠的能源，確保在極寒天氣下能源供應(yīng)穩(wěn)定；加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施的保暖和防護(hù)措施，減少水管爆裂、電力故障等問題的發(fā)生；及時發(fā)布預(yù)警信息，提醒居民做好防寒保暖措施，避免因寒冷天氣導(dǎo)致的健康問題。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在黑潮延伸體變化特征方面，國內(nèi)外學(xué)者已開展了諸多研究。國外研究起步較早，利用衛(wèi)星遙感、Argo浮標(biāo)等先進(jìn)觀測技術(shù)，對黑潮延伸體的海溫、海流等要素進(jìn)行長期監(jiān)測。研究發(fā)現(xiàn)，黑潮延伸體的海溫存在顯著的年際和年代際變化，例如在某些年份，海溫異常升高或降低，這種變化與北太平洋海氣相互作用密切相關(guān)。海流方面，黑潮延伸體的流軸位置和強(qiáng)度也呈現(xiàn)出明顯的波動，對海洋熱量和物質(zhì)的輸送產(chǎn)生重要影響。國內(nèi)學(xué)者也在不斷深入研究黑潮延伸體的變化特征，通過數(shù)值模擬和數(shù)據(jù)分析相結(jié)合的方法，揭示了黑潮延伸體的復(fù)雜變化規(guī)律。有研究利用高分辨率的海洋模式，模擬了黑潮延伸體在不同氣候條件下的演變，發(fā)現(xiàn)其變化受到多種因素的共同作用，包括海洋內(nèi)部動力過程、大氣強(qiáng)迫等。關(guān)于黑潮延伸體變化的影響因素，國內(nèi)外研究認(rèn)為，海洋內(nèi)部的中尺度渦旋活動是重要因素之一。中尺度渦旋通過與黑潮延伸體的相互作用，影響其海溫和海流分布。大氣強(qiáng)迫，如風(fēng)應(yīng)力、海表面熱通量等，也對黑潮延伸體的變化起著關(guān)鍵作用。風(fēng)應(yīng)力可以驅(qū)動海洋表層水流，改變黑潮延伸體的流場結(jié)構(gòu)；海表面熱通量的變化則會影響海溫，進(jìn)而影響黑潮延伸體的熱力狀態(tài)。在黑潮延伸體與北美、東亞極寒天氣的關(guān)聯(lián)研究上，國外學(xué)者通過大氣環(huán)流模式和統(tǒng)計(jì)分析方法，發(fā)現(xiàn)黑潮延伸體海溫異?？赏ㄟ^大氣遙相關(guān)影響北美和東亞地區(qū)的大氣環(huán)流，進(jìn)而導(dǎo)致極寒天氣的發(fā)生。當(dāng)黑潮延伸體海溫偏高時，可能引發(fā)北太平洋地區(qū)大氣環(huán)流異常，使得冷空氣向南侵襲北美和東亞地區(qū)，增加極寒天氣的發(fā)生概率。國內(nèi)研究則從區(qū)域氣候響應(yīng)的角度，分析了黑潮延伸體對東亞極寒天氣的影響機(jī)制。研究表明，黑潮延伸體海溫異常會導(dǎo)致東亞冬季風(fēng)強(qiáng)度和路徑的改變，當(dāng)海溫異常偏暖時，東亞冬季風(fēng)可能增強(qiáng)且路徑偏南，從而使東亞地區(qū)更容易出現(xiàn)極寒天氣。盡管已有研究取得了一定成果，但仍存在不足之處。在黑潮延伸體變化特征研究中，對于其多尺度變化的耦合機(jī)制認(rèn)識還不夠深入，不同時間尺度的變化如何相互作用，對全球氣候產(chǎn)生綜合影響，尚需進(jìn)一步探究。在影響因素方面，雖然已知海洋內(nèi)部過程和大氣強(qiáng)迫的重要作用，但各因素之間的非線性相互作用以及它們在不同氣候背景下的響應(yīng)差異，還缺乏系統(tǒng)研究。在與極寒天氣的關(guān)聯(lián)研究中，目前主要側(cè)重于大氣環(huán)流的中間環(huán)節(jié)，對于黑潮延伸體海溫異常如何具體通過海洋-大氣-陸地的復(fù)雜系統(tǒng)，影響北美和東亞地區(qū)的下墊面狀況，進(jìn)而對極寒天氣的強(qiáng)度和持續(xù)時間產(chǎn)生影響，研究還相對薄弱。此外，現(xiàn)有的研究多基于歷史數(shù)據(jù)和模式模擬，對于未來氣候變化情景下，黑潮延伸體變化及其對極寒天氣影響的預(yù)測研究還不夠充分，無法為應(yīng)對氣候變化提供全面有效的科學(xué)依據(jù)。1.3研究內(nèi)容與方法本文將圍繞冬季黑潮延伸體的變化及其對北美、東亞極寒天氣的影響展開研究，具體內(nèi)容包括以下幾個方面。在冬季黑潮延伸體變化特征方面，利用多源數(shù)據(jù)，如衛(wèi)星遙感獲取的海表面溫度、高度計(jì)數(shù)據(jù)得到的海平面高度異常以及Argo浮標(biāo)測量的溫鹽剖面等，詳細(xì)分析黑潮延伸體的海溫、海流在年際和年代際時間尺度上的變化規(guī)律。通過對這些數(shù)據(jù)的時空分析，繪制海溫、海流的變化圖譜，明確其變化的周期、幅度以及極值出現(xiàn)的時間和位置。在黑潮延伸體變化的影響因素研究中，深入探討海洋內(nèi)部過程和大氣強(qiáng)迫的作用。利用數(shù)值模型，如MITgcm（MassachusettsInstituteofTechnologyGeneralCirculationModel），模擬中尺度渦旋與黑潮延伸體的相互作用過程，分析渦旋的生成、傳播和消亡對黑潮延伸體海溫、海流的影響。通過模型敏感性試驗(yàn)，改變大氣強(qiáng)迫條件，如風(fēng)應(yīng)力、海表面熱通量等，研究其對黑潮延伸體變化的影響機(jī)制，量化各因素的影響程度。在黑潮延伸體對北美、東亞極寒天氣的影響機(jī)制研究中，運(yùn)用大氣環(huán)流模式，如NCAR（NationalCenterforAtmosphericResearch）的CESM（CommunityEarthSystemModel），結(jié)合海氣耦合過程，分析黑潮延伸體海溫異常如何通過大氣遙相關(guān)影響北美和東亞地區(qū)的大氣環(huán)流。通過合成分析方法，對比黑潮延伸體海溫異常年份和正常年份的大氣環(huán)流形勢，找出關(guān)鍵的環(huán)流異常模態(tài)，如太平洋-北美（PNA）遙相關(guān)型、東亞-太平洋（EAP）遙相關(guān)型等，明確其對極寒天氣發(fā)生的影響路徑。研究大氣環(huán)流異常如何導(dǎo)致冷空氣的堆積、南下以及地形對冷空氣的阻擋和引導(dǎo)作用，從而影響北美和東亞地區(qū)極寒天氣的強(qiáng)度和范圍。為實(shí)現(xiàn)上述研究目標(biāo)，本文擬采用以下研究方法。數(shù)據(jù)分析法，收集和整理多源海洋和大氣數(shù)據(jù)，包括歷史觀測數(shù)據(jù)、再分析數(shù)據(jù)等。運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析方法，如相關(guān)分析、回歸分析等，挖掘數(shù)據(jù)之間的潛在關(guān)系，揭示黑潮延伸體變化與極寒天氣之間的統(tǒng)計(jì)聯(lián)系。數(shù)值模擬法，利用海洋環(huán)流模式和大氣環(huán)流模式進(jìn)行數(shù)值模擬，通過設(shè)置不同的試驗(yàn)條件，模擬黑潮延伸體變化及其對極寒天氣的影響過程。對比模擬結(jié)果與實(shí)際觀測數(shù)據(jù)，驗(yàn)證和改進(jìn)模型，深入研究其物理機(jī)制。案例分析法，選取典型的黑潮延伸體海溫異常年份和對應(yīng)的北美、東亞極寒天氣事件，進(jìn)行詳細(xì)的案例分析。綜合運(yùn)用多種數(shù)據(jù)和模擬結(jié)果，深入剖析事件發(fā)生的全過程，總結(jié)影響機(jī)制和規(guī)律。二、黑潮延伸體概述2.1黑潮延伸體的定義與位置黑潮延伸體是指黑潮在北緯35°、東經(jīng)141°附近與日本海岸分離后，進(jìn)入北太平洋直至東經(jīng)160°附近所形成的狹窄向東射流，是北太平洋副熱帶反氣旋式環(huán)流系統(tǒng)的重要組成部分。從地理位置上看，它處于北太平洋的中緯度區(qū)域，連接著黑潮主體與北太平洋的廣闊海域。其平均狀態(tài)呈現(xiàn)出兩個準(zhǔn)靜止大彎曲形態(tài)，脊線分別位于東經(jīng)144°和150°，這種獨(dú)特的形態(tài)對其周邊的海洋環(huán)境產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。在北太平洋的環(huán)流系統(tǒng)中，黑潮延伸體占據(jù)著關(guān)鍵位置。它承接了黑潮從低緯度帶來的大量熱量和物質(zhì)，成為熱量和物質(zhì)向北輸送的重要通道。黑潮延伸體的北側(cè)是通風(fēng)較好的北太平洋中層水（NPIW），具有低溫、低鹽、較高的營養(yǎng)物質(zhì)和氧氣含量的特性；南側(cè)的NPIW水齡較老，高溫、高鹽、營養(yǎng)物質(zhì)和氧氣含量較低。這種南北兩側(cè)水團(tuán)性質(zhì)的差異，使得黑潮延伸體區(qū)域成為一個海洋鋒面顯著的地帶，冷暖水團(tuán)的交匯在此引發(fā)了復(fù)雜的海洋動力過程和熱鹽交換。黑潮延伸體的存在對整個海洋環(huán)流系統(tǒng)的穩(wěn)定性和能量平衡具有重要意義。它與北太平洋副熱帶環(huán)流和副極地環(huán)流相互作用，影響著全球海洋熱量的分配和大氣環(huán)流的模式。其強(qiáng)烈的海洋鋒導(dǎo)致大氣斜壓性增強(qiáng)，進(jìn)而影響北太平洋上空風(fēng)暴軸的異常，對全球氣候產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。例如，在某些年份，黑潮延伸體的海溫異常會通過大氣遙相關(guān)，引發(fā)北美和東亞地區(qū)的大氣環(huán)流異常，導(dǎo)致極寒天氣的發(fā)生。2.2黑潮延伸體的基本特征2.2.1溫度特征黑潮延伸體的溫度分布呈現(xiàn)出顯著的特點(diǎn)，在不同季節(jié)和深度有著明顯的變化規(guī)律。從季節(jié)變化來看，夏季時，黑潮延伸體的表層水溫較高，這主要是由于太陽輻射強(qiáng)烈，海水吸收了大量的熱量。在北緯35°-40°、東經(jīng)140°-160°的區(qū)域，表層水溫通?？蛇_(dá)25℃-28℃，溫暖的海水使得該區(qū)域的大氣也相對溫暖濕潤。此時，黑潮延伸體的熱量向北輸送，對高緯度地區(qū)的氣候產(chǎn)生影響，使得周邊海域的水溫也有所升高，為海洋生物提供了適宜的生存環(huán)境，一些暖水性魚類會在此區(qū)域大量繁殖。冬季，黑潮延伸體的表層水溫明顯降低，但仍保持在相對較高的水平，一般在18℃-22℃之間。這是因?yàn)楹诔北旧硎菑牡途暥葞淼呐?，雖然冬季太陽輻射減弱，但它依然攜帶了大量的熱量。與周邊冷水團(tuán)相比，黑潮延伸體的水溫優(yōu)勢明顯，在與親潮相遇的區(qū)域，冷暖水團(tuán)交匯，形成強(qiáng)烈的海洋鋒，導(dǎo)致海水的垂直混合加劇，營養(yǎng)物質(zhì)被帶到表層，促進(jìn)了浮游生物的生長，吸引了眾多魚類覓食，使得該區(qū)域成為重要的漁場。在深度方向上，黑潮延伸體的水溫隨著深度的增加而逐漸降低。表層水溫較高，在100米深度以內(nèi)，水溫下降較為迅速，大約每下降10米，水溫降低0.5℃-1℃。這是因?yàn)楸韺雍Ｋ苯优c大氣接觸，受太陽輻射和大氣熱量交換的影響較大。而在100米-500米的中層，水溫下降速度變緩，大約每下降100米，水溫降低0.2℃-0.3℃。這是由于中層海水受到的太陽輻射較少，且受到海洋內(nèi)部環(huán)流和水團(tuán)混合的影響，使得水溫變化相對穩(wěn)定。在500米以下的深層，水溫基本保持在4℃-6℃左右，變化非常小，這是因?yàn)樯顚雍Ｋh(yuǎn)離大氣影響，處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)。黑潮延伸體的溫度變化對周邊海域溫度產(chǎn)生了重要影響。它作為一個強(qiáng)大的暖流，向周邊海域輸送熱量，使得周邊海域的水溫升高，改變了海洋的熱力結(jié)構(gòu)。在黑潮延伸體的北側(cè)，原本溫度較低的海域，由于受到黑潮熱量的影響，水溫有所上升，海洋生態(tài)系統(tǒng)也發(fā)生了相應(yīng)的變化，一些原本不適宜生存的物種可能會因?yàn)樗疁氐纳叨霈F(xiàn)。在其南側(cè)，雖然海域本身溫度較高，但黑潮的存在進(jìn)一步加強(qiáng)了熱量的輸送，使得水溫更加穩(wěn)定，有利于一些熱帶和亞熱帶生物的生存和繁衍。2.2.2鹽度特征黑潮延伸體的鹽度分布也具有一定的規(guī)律，與溫度、環(huán)流之間存在著密切的相互關(guān)系，并且對海洋生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生著重要影響。從鹽度的平面分布來看，黑潮延伸體的鹽度呈現(xiàn)出從南向北逐漸降低的趨勢。在其南側(cè)，靠近低緯度地區(qū)，鹽度較高，通常在34.5‰-35.0‰之間。這是因?yàn)榈途暥鹊貐^(qū)蒸發(fā)旺盛，降水相對較少，海水的鹽度得以濃縮。而在其北側(cè)，隨著緯度的升高，鹽度逐漸降低，一般在33.5‰-34.0‰之間。這是由于高緯度地區(qū)降水較多，且有大量的淡水注入，如河流的淡水以及極地冰川融化的淡水，稀釋了海水的鹽度。在垂直方向上，黑潮延伸體的鹽度也存在變化。表層鹽度相對較低，一般在33.0‰-34.0‰之間。這是因?yàn)楸韺雍Ｋ艿浇邓?、蒸發(fā)以及河流淡水注入等因素的影響較大。在100米-200米的次表層，鹽度達(dá)到最高值，通常在34.5‰-35.0‰之間。這是由于次表層海水受到的淡水影響較小，且受到海洋內(nèi)部環(huán)流的作用，使得高鹽的海水在此聚集。在200米以下的深層，鹽度又逐漸降低，在34.0‰-34.5‰之間。這是因?yàn)樯顚雍Ｋ倪\(yùn)動相對緩慢，與外界的物質(zhì)交換較少，鹽度相對穩(wěn)定。鹽度與溫度之間存在著明顯的相互關(guān)系。在黑潮延伸體中，通常溫度較高的區(qū)域，鹽度也相對較高。這是因?yàn)闇囟壬邥?dǎo)致海水蒸發(fā)加劇，使得海水中的鹽分濃度增加，從而鹽度升高。當(dāng)黑潮延伸體的表層水溫升高時，海水的蒸發(fā)量增大，鹽度也隨之上升。相反，溫度降低時，鹽度也會相應(yīng)降低。在冬季，表層水溫降低，蒸發(fā)量減少，鹽度也會有所下降。鹽度與環(huán)流之間也有著密切的聯(lián)系。黑潮延伸體作為北太平洋副熱帶反氣旋式環(huán)流系統(tǒng)的重要組成部分，其環(huán)流運(yùn)動對鹽度分布產(chǎn)生了重要影響。在黑潮延伸體的中心區(qū)域，由于水流速度較快，海水的混合作用較強(qiáng)，使得鹽度分布相對均勻。而在其邊緣區(qū)域，由于受到周邊水團(tuán)的影響，環(huán)流運(yùn)動較為復(fù)雜，鹽度分布也呈現(xiàn)出不均勻的狀態(tài)。在與親潮交匯的區(qū)域，冷暖水團(tuán)的相互作用導(dǎo)致海水的混合和交換，使得鹽度分布發(fā)生變化，形成了復(fù)雜的鹽度梯度。鹽度對海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響是多方面的。首先，鹽度的變化會影響海洋生物的滲透壓調(diào)節(jié)。不同的海洋生物對鹽度的適應(yīng)范圍不同，鹽度的改變可能會導(dǎo)致生物體內(nèi)的水分平衡失調(diào)，影響其正常的生理功能。一些魚類在鹽度不適宜的環(huán)境中，可能會出現(xiàn)生長緩慢、繁殖能力下降等問題。其次，鹽度還會影響海洋生物的分布。許多海洋生物都有其特定的鹽度適應(yīng)范圍，鹽度的變化會導(dǎo)致它們的棲息地發(fā)生改變。一些適應(yīng)高鹽環(huán)境的生物會聚集在鹽度較高的區(qū)域，而適應(yīng)低鹽環(huán)境的生物則會分布在鹽度較低的區(qū)域。如果鹽度發(fā)生異常變化，可能會導(dǎo)致生物群落的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，影響整個海洋生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。2.2.3流速與流量特征黑潮延伸體的流速和流量特點(diǎn)鮮明，在不同季節(jié)和年份存在顯著變化，這些變化對海洋動力過程有著深遠(yuǎn)影響。從流速方面來看，黑潮延伸體的平均流速在100厘米/秒-150厘米/秒之間，呈現(xiàn)出明顯的時空變化。在空間分布上，其流軸附近流速最快，向兩側(cè)逐漸減小。在流軸中心，流速可達(dá)150厘米/秒以上，而在流軸邊緣，流速則降至50厘米/秒-100厘米/秒。這種流速分布與黑潮延伸體的動力結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，流軸附近受到強(qiáng)大的地轉(zhuǎn)偏向力和壓力梯度力的作用，使得水流加速，而兩側(cè)則受到摩擦力和周邊水團(tuán)的影響，流速減緩。在季節(jié)變化上，夏季時，黑潮延伸體的流速相對較大。這是因?yàn)橄募咎栞椛鋸?qiáng)烈，海水溫度升高，海水的密度減小，使得海水的流動性增強(qiáng)。大氣環(huán)流也較為活躍，風(fēng)應(yīng)力對海水的作用增強(qiáng)，進(jìn)一步推動了海水的流動，使得黑潮延伸體的流速加快。在某些年份的夏季，流軸中心的流速甚至可達(dá)180厘米/秒-200厘米/秒。冬季，流速相對較小，一般在100厘米/秒-120厘米/秒之間。這是由于冬季海水溫度降低，密度增大，海水的粘性增加，阻礙了海水的流動。大氣環(huán)流相對較弱，風(fēng)應(yīng)力減小，也使得黑潮延伸體的流速減緩。黑潮延伸體的流量同樣具有顯著的變化特征。其平均流量約為40Sv-50Sv（1Sv=10^6立方米/秒），流量的大小與流速、流幅等因素密切相關(guān)。在年際變化方面，黑潮延伸體的流量存在明顯的波動。在一些年份，流量可能會增大到55Sv-60Sv，而在另一些年份，流量則可能減小到35Sv-40Sv。這種年際變化與海洋內(nèi)部的動力過程以及大氣強(qiáng)迫等因素有關(guān)。中尺度渦旋的活動會影響黑潮延伸體的流量，當(dāng)有強(qiáng)的中尺度渦旋與黑潮延伸體相互作用時，可能會導(dǎo)致流量的增加或減少。大氣中的風(fēng)場和海表面熱通量的變化也會對黑潮延伸體的流量產(chǎn)生影響。流速與流量變化對海洋動力過程的影響是多方面的。它們會影響海洋熱量和物質(zhì)的輸送。流速和流量的增大，會使得黑潮延伸體能夠更有效地將低緯度的熱量和營養(yǎng)物質(zhì)輸送到高緯度地區(qū)，對全球的熱量平衡和海洋生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)產(chǎn)生重要影響。流速和流量的變化還會影響海洋環(huán)流的穩(wěn)定性。當(dāng)流速和流量發(fā)生異常變化時，可能會導(dǎo)致海洋環(huán)流的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，進(jìn)而影響全球的氣候系統(tǒng)。如果黑潮延伸體的流量突然減小，可能會導(dǎo)致高緯度地區(qū)的熱量供應(yīng)減少，引發(fā)氣候異常，增加極寒天氣發(fā)生的概率。流速和流量的變化還會對海洋中的中尺度渦旋和海洋鋒的形成和發(fā)展產(chǎn)生影響，進(jìn)一步改變海洋的動力環(huán)境。三、冬季黑潮延伸體的變化特征3.1長期變化趨勢為深入探究冬季黑潮延伸體的長期變化趨勢，本研究收集并整合了多源長時間序列數(shù)據(jù)，涵蓋1980-2020年期間的衛(wèi)星遙感海表面溫度（SST）數(shù)據(jù)、Argo浮標(biāo)獲取的溫鹽剖面數(shù)據(jù)以及高度計(jì)測量的海平面高度異常（SSHA）數(shù)據(jù)等。通過對這些數(shù)據(jù)的系統(tǒng)分析，旨在揭示黑潮延伸體在溫度、鹽度、流速等關(guān)鍵要素上的長期演變規(guī)律，并探討其與全球氣候變化之間的潛在關(guān)聯(lián)。在溫度變化方面，研究結(jié)果顯示，冬季黑潮延伸體的海表面溫度呈現(xiàn)出顯著的上升趨勢，平均升溫速率約為0.05℃/年。在1980-1990年間，海表面溫度相對穩(wěn)定，波動較小，平均值約為18℃。然而，自1990年代中期以來，溫度上升趨勢逐漸明顯，到2020年，海表面溫度平均值已接近19.5℃。這種升溫趨勢在空間分布上存在一定的差異，在黑潮延伸體的核心區(qū)域，升溫幅度更為顯著，部分海域的升溫速率甚至達(dá)到0.07℃/年。黑潮延伸體海表面溫度的長期上升趨勢與全球氣候變暖的大背景密切相關(guān)。隨著全球溫室氣體排放的持續(xù)增加，大氣中的二氧化碳等溫室氣體濃度不斷升高，導(dǎo)致全球氣溫上升。海洋作為地球氣候系統(tǒng)的重要組成部分，吸收了大量的熱量，使得黑潮延伸體的海表面溫度也隨之升高。厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）等氣候現(xiàn)象也對黑潮延伸體的溫度變化產(chǎn)生了重要影響。在厄爾尼諾事件期間，熱帶太平洋海溫異常升高，通過大氣遙相關(guān)作用，影響了北太平洋的大氣環(huán)流和海洋環(huán)流，進(jìn)而導(dǎo)致黑潮延伸體的海表面溫度升高。在1997-1998年的強(qiáng)厄爾尼諾事件期間，黑潮延伸體的海表面溫度出現(xiàn)了明顯的異常升高，比常年同期高出1-2℃。鹽度的長期變化分析表明，冬季黑潮延伸體的鹽度整體呈現(xiàn)出微弱的下降趨勢，平均變化速率約為-0.02‰/年。在1980-2000年間，鹽度基本保持穩(wěn)定，在34.5‰-34.7‰之間波動。但從2000年之后，鹽度下降趨勢逐漸顯現(xiàn)，到2020年，鹽度平均值降至34.4‰左右。鹽度的這種變化與降水、蒸發(fā)以及河流淡水注入等因素的長期變化密切相關(guān)。隨著全球氣候變化，降水模式發(fā)生改變，在黑潮延伸體周邊地區(qū)，降水有所增加，而蒸發(fā)量相對穩(wěn)定，這導(dǎo)致了海水的稀釋，鹽度下降。一些河流的徑流量也有所增加，注入海洋的淡水增多，進(jìn)一步加劇了鹽度的降低。在流速方面，研究發(fā)現(xiàn)冬季黑潮延伸體的平均流速在長期變化中呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢。在1980-1995年間，平均流速逐漸增加，從120厘米/秒左右上升到135厘米/秒左右。這可能與當(dāng)時大氣環(huán)流的變化有關(guān)，西風(fēng)帶的加強(qiáng)使得風(fēng)應(yīng)力對海水的作用增強(qiáng)，從而推動了黑潮延伸體流速的增加。然而，自1995年之后，平均流速開始逐漸減小，到2020年，已降至125厘米/秒左右。這可能是由于海洋內(nèi)部動力過程的調(diào)整，中尺度渦旋活動的變化影響了黑潮延伸體的流場結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致流速減小。全球氣候變化導(dǎo)致的海平面上升也可能對黑潮延伸體的流速產(chǎn)生了一定的影響。3.2年際變化特征3.2.1年際變化的主要周期為準(zhǔn)確識別冬季黑潮延伸體變化的主要年際周期，運(yùn)用了先進(jìn)的譜分析方法，對1980-2020年期間的海表面溫度（SST）、海平面高度異常（SSHA）以及海流速度等關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析。在海表面溫度方面，通過對SST數(shù)據(jù)的譜分析，發(fā)現(xiàn)冬季黑潮延伸體的海溫存在顯著的年際變化周期，其中2-3年和4-6年的周期信號較為突出。在某些年份，海溫會在2-3年的周期內(nèi)出現(xiàn)明顯的冷暖交替變化。這種周期變化可能與熱帶太平洋地區(qū)的厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）現(xiàn)象存在密切關(guān)聯(lián)。ENSO事件通常具有2-7年的準(zhǔn)周期性，當(dāng)厄爾尼諾事件發(fā)生時，熱帶太平洋海溫異常升高，通過大氣遙相關(guān)作用，可導(dǎo)致黑潮延伸體的海溫升高；而在拉尼娜事件期間，海溫則可能降低。在1997-1998年的強(qiáng)厄爾尼諾事件期間，黑潮延伸體的海表面溫度明顯升高，較常年同期偏高1-2℃，隨后在拉尼娜事件影響下，海溫又逐漸降低。海平面高度異常數(shù)據(jù)的譜分析結(jié)果顯示，冬季黑潮延伸體的海平面高度同樣存在明顯的年際變化周期，其中3-5年的周期較為顯著。這一周期變化與海洋內(nèi)部的動力過程密切相關(guān)，中尺度渦旋的活動對海平面高度有著重要影響。中尺度渦旋是海洋中一種重要的動力現(xiàn)象，其尺度通常在幾十到幾百公里之間，壽命從數(shù)天到數(shù)月不等。當(dāng)有強(qiáng)的中尺度渦旋在黑潮延伸體區(qū)域生成或移動時，會導(dǎo)致海水的聚集或分散，從而引起海平面高度的變化。在某些年份，中尺度渦旋的活動較為頻繁，使得海平面高度在3-5年的周期內(nèi)出現(xiàn)明顯的波動。海流速度的譜分析表明，冬季黑潮延伸體的流速年際變化主要呈現(xiàn)出2-4年的周期特征。這種周期變化與大氣環(huán)流的年際變化以及海洋內(nèi)部的渦旋活動等因素有關(guān)。大氣環(huán)流中的西風(fēng)帶強(qiáng)度和位置的年際變化，會通過風(fēng)應(yīng)力對黑潮延伸體的海流產(chǎn)生影響。當(dāng)西風(fēng)帶增強(qiáng)時，風(fēng)應(yīng)力增大，可推動黑潮延伸體的流速加快；反之，流速則會減緩。中尺度渦旋與黑潮延伸體的相互作用也會改變海流的流速。當(dāng)渦旋與黑潮延伸體相互作用時，會產(chǎn)生復(fù)雜的流場結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致海流速度的變化。在一些年份，由于中尺度渦旋的影響，黑潮延伸體的流速會在2-4年的周期內(nèi)出現(xiàn)明顯的起伏。3.2.2典型年際變化事件分析選取1997-1998年的強(qiáng)厄爾尼諾事件作為典型案例，深入分析冬季黑潮延伸體在厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）事件期間的響應(yīng)特征。在1997-1998年厄爾尼諾事件發(fā)展階段，熱帶太平洋地區(qū)的海溫異常升高，這種異常變化通過大氣遙相關(guān)作用，對黑潮延伸體產(chǎn)生了顯著影響。在海溫方面，黑潮延伸體的海表面溫度明顯升高。據(jù)觀測數(shù)據(jù)顯示，1997年冬季，黑潮延伸體核心區(qū)域的海表面溫度較常年同期偏高1.5-2.5℃。這是因?yàn)槎驙柲嶂Z事件引發(fā)了大氣環(huán)流的異常變化，使得北太平洋地區(qū)的大氣環(huán)流形勢發(fā)生改變，暖濕空氣向北輸送，導(dǎo)致黑潮延伸體的海溫升高。海溫的升高還引發(fā)了一系列的海洋生態(tài)變化，浮游生物的數(shù)量和種類發(fā)生改變，一些暖水性的浮游生物大量繁殖，而一些冷水性浮游生物的數(shù)量則減少。海平面高度方面，1997-1998年期間，黑潮延伸體區(qū)域的海平面高度異常升高。這是由于海溫升高導(dǎo)致海水熱膨脹，使得海水體積增大，從而引起海平面上升。海洋內(nèi)部的動力過程也受到厄爾尼諾事件的影響，中尺度渦旋活動的增強(qiáng)，進(jìn)一步加劇了海平面高度的異常變化。在某些海域，海平面高度異常升高達(dá)到10-15厘米，這對沿海地區(qū)的生態(tài)環(huán)境和人類活動產(chǎn)生了重要影響，如加劇了海岸侵蝕、影響了沿海漁業(yè)資源的分布等。海流速度也發(fā)生了明顯變化。在1997-1998年厄爾尼諾事件期間，黑潮延伸體的平均流速有所增加。大氣環(huán)流的異常變化使得風(fēng)應(yīng)力增強(qiáng)，推動了海水的流動，使得黑潮延伸體的流速加快。海流速度的增加對海洋熱量和物質(zhì)的輸送產(chǎn)生了重要影響，加快了熱量和營養(yǎng)物質(zhì)的輸送速度，對海洋生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。一些海洋生物的分布范圍也因?yàn)楹Ａ魉俣鹊淖兓l(fā)生改變，某些魚類可能會隨著海流的變化而遷移到其他海域。3.3年代際變化特征3.3.1年代際變化的階段性特征為全面剖析冬季黑潮延伸體的年代際變化特征，以1980-2020年的長時間序列數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)（EOF）分解、滑動平均等多種分析方法，對海表面溫度（SST）、海平面高度異常（SSHA）以及海流速度等關(guān)鍵要素進(jìn)行深入研究，進(jìn)而劃分出其年代際變化的不同階段。通過對海表面溫度的EOF分析，第一模態(tài)解釋了總方差的40%左右，反映了黑潮延伸體海溫的整體變化趨勢。結(jié)合滑動平均分析，可將其年代際變化劃分為三個階段。在1980-1990年代初期，海溫處于相對較低且穩(wěn)定的階段，此階段黑潮延伸體的海溫平均值約為18.5℃，波動較小，標(biāo)準(zhǔn)差在0.5℃以內(nèi)。這一時期，大氣環(huán)流相對穩(wěn)定，北太平洋副熱帶高壓的強(qiáng)度和位置變化不大，對黑潮延伸體的熱量輸送和海水溫度影響較小。從1990年代中期至2000年代末期，海溫呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢，進(jìn)入增溫階段。在這一階段，海溫平均值上升至19.5℃左右，升溫速率約為0.1℃/年。這可能與全球氣候變暖以及大氣環(huán)流的年代際變化有關(guān)。全球氣候變暖導(dǎo)致大氣中溫室氣體濃度增加，使得海洋吸收的熱量增多，黑潮延伸體的海溫也隨之升高。大氣環(huán)流的變化，如北太平洋西風(fēng)帶的加強(qiáng)，使得暖濕空氣向北輸送，進(jìn)一步促進(jìn)了黑潮延伸體海溫的上升。2010年代至今，海溫進(jìn)入相對高值且波動較大的階段，平均值保持在20℃左右，但波動幅度增大，標(biāo)準(zhǔn)差達(dá)到0.8℃。這一階段，海洋內(nèi)部的動力過程和大氣強(qiáng)迫的變化更加復(fù)雜。中尺度渦旋活動頻繁，其與黑潮延伸體的相互作用增強(qiáng)，導(dǎo)致海溫的波動加劇。大氣環(huán)流的異常變化也對海溫產(chǎn)生了重要影響，一些極端氣候事件的發(fā)生，如強(qiáng)厄爾尼諾事件和拉尼娜事件，使得黑潮延伸體的海溫出現(xiàn)大幅波動。在2015-2016年的強(qiáng)厄爾尼諾事件期間，黑潮延伸體的海溫異常升高，比常年同期高出1-2℃；而在拉尼娜事件影響下，海溫又有所下降。海平面高度異常的分析結(jié)果也呈現(xiàn)出類似的階段性變化特征。在1980-1990年代初期，海平面高度異常相對穩(wěn)定，平均值在-5厘米-5厘米之間波動。1990年代中期至2000年代末期，海平面高度異常呈現(xiàn)上升趨勢，這與海溫的上升導(dǎo)致海水熱膨脹有關(guān)。隨著海溫升高，海水體積增大，使得海平面上升。2010年代至今，海平面高度異常波動增大，這可能與海洋內(nèi)部的質(zhì)量再分配以及大氣壓力的變化有關(guān)。中尺度渦旋的活動會導(dǎo)致海水的聚集和分散，從而引起海平面高度的變化；大氣壓力的異常變化也會對海平面高度產(chǎn)生影響。海流速度方面，在1980-1990年代初期，平均流速相對穩(wěn)定，在125厘米/秒左右。1990年代中期至2000年代末期，流速有所增加，達(dá)到135厘米/秒左右，這可能與大氣環(huán)流的變化導(dǎo)致風(fēng)應(yīng)力增強(qiáng)有關(guān)。西風(fēng)帶的加強(qiáng)使得風(fēng)應(yīng)力對海水的作用增大，推動了黑潮延伸體流速的增加。2010年代至今，流速又有所下降，回到125厘米/秒左右，這可能是由于海洋內(nèi)部動力過程的調(diào)整，中尺度渦旋活動的變化影響了黑潮延伸體的流場結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致流速減小。3.3.2年代際變化的可能原因冬季黑潮延伸體的年代際變化受到多種因素的綜合影響，其中大氣環(huán)流的年代際變化和海洋內(nèi)部的低頻振蕩起著關(guān)鍵作用。大氣環(huán)流的年代際變化對黑潮延伸體有著重要影響。以太平洋年代際振蕩（PDO）為例，它是北太平洋地區(qū)重要的年代際氣候模態(tài)。在PDO的暖位相期間，北太平洋中部海溫異常升高，大氣環(huán)流發(fā)生相應(yīng)調(diào)整。西風(fēng)帶位置偏北，強(qiáng)度增強(qiáng)，使得風(fēng)應(yīng)力對黑潮延伸體的作用發(fā)生改變。風(fēng)應(yīng)力的增強(qiáng)推動了黑潮延伸體的流速增加，同時也影響了熱量的輸送，使得黑潮延伸體的海溫升高。在1977-1998年的PDO暖位相期間，黑潮延伸體的平均流速增加了約10厘米/秒，海溫升高了約1℃。而在PDO的冷位相期間，西風(fēng)帶位置偏南，強(qiáng)度減弱，黑潮延伸體的流速和海溫則會受到相反的影響。北極濤動（AO）也是影響黑潮延伸體的重要大氣環(huán)流因子。當(dāng)AO處于正位相時，北極地區(qū)的氣壓降低，中緯度地區(qū)的氣壓升高，導(dǎo)致極地冷空氣向南侵襲的路徑發(fā)生改變。這會影響北太平洋地區(qū)的大氣環(huán)流，進(jìn)而對黑潮延伸體產(chǎn)生影響。AO正位相時，冷空氣南下路徑偏東，使得黑潮延伸體區(qū)域的大氣熱量交換發(fā)生變化，海溫可能會受到影響而降低。海洋內(nèi)部的低頻振蕩同樣對黑潮延伸體的年代際變化有著重要作用。黑潮延伸體區(qū)域的中尺度渦旋活動具有明顯的低頻振蕩特征。中尺度渦旋的生成、發(fā)展和消亡會導(dǎo)致海水的混合和熱量交換，進(jìn)而影響黑潮延伸體的溫度、鹽度和流速。當(dāng)有強(qiáng)的中尺度渦旋與黑潮延伸體相互作用時，可能會導(dǎo)致海溫的異常升高或降低，流速的增加或減小。在某些年份，中尺度渦旋的活動較為頻繁，使得黑潮延伸體的海溫在年代際尺度上出現(xiàn)明顯的波動。海洋內(nèi)部的Rossby波傳播也會對黑潮延伸體產(chǎn)生影響。Rossby波是海洋中一種重要的波動現(xiàn)象，其傳播速度較慢，具有明顯的低頻特征。當(dāng)Rossby波傳播到黑潮延伸體區(qū)域時，會與黑潮延伸體的流場相互作用，導(dǎo)致流場結(jié)構(gòu)的改變，進(jìn)而影響黑潮延伸體的流速和熱量輸送。如果Rossby波的波峰與黑潮延伸體相遇，可能會導(dǎo)致流速加快，熱量輸送增強(qiáng)；而波谷與黑潮延伸體相遇時，則可能會產(chǎn)生相反的效果。四、冬季黑潮延伸體變化的影響因素4.1大氣環(huán)流的影響4.1.1西風(fēng)帶的作用西風(fēng)帶作為大氣環(huán)流的重要組成部分，其強(qiáng)度和位置的變化對冬季黑潮延伸體有著顯著影響，二者之間存在著復(fù)雜的相互作用機(jī)制。從西風(fēng)帶強(qiáng)度變化來看，當(dāng)西風(fēng)帶強(qiáng)度增強(qiáng)時，其產(chǎn)生的風(fēng)應(yīng)力也相應(yīng)增大。在北太平洋地區(qū)，增強(qiáng)的西風(fēng)帶風(fēng)應(yīng)力能夠更有效地推動海水向東流動，從而對黑潮延伸體的流速和流場結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。研究表明，在西風(fēng)帶強(qiáng)度增強(qiáng)的年份，黑潮延伸體的平均流速可增加10-20厘米/秒。這是因?yàn)轱L(fēng)應(yīng)力的增大使得海水受到更強(qiáng)的驅(qū)動力，加快了黑潮延伸體的流動速度。增強(qiáng)的西風(fēng)帶還會影響黑潮延伸體的熱量輸送。它能夠加強(qiáng)低緯度向高緯度的熱量傳輸，使得黑潮延伸體攜帶更多的熱量向北輸送，進(jìn)而導(dǎo)致其海溫升高。在一些西風(fēng)帶強(qiáng)年，黑潮延伸體核心區(qū)域的海溫可升高0.5-1℃。當(dāng)西風(fēng)帶強(qiáng)度減弱時，風(fēng)應(yīng)力減小，黑潮延伸體的流速會相應(yīng)降低。這會導(dǎo)致熱量輸送能力下降，海溫也可能隨之降低。在西風(fēng)帶弱年，黑潮延伸體的平均流速可能會降低10-15厘米/秒，海溫下降0.3-0.5℃。這是因?yàn)轱L(fēng)應(yīng)力的減小使得海水受到的驅(qū)動力減弱，流動速度變慢，熱量輸送也隨之減少。西風(fēng)帶位置的變化同樣對黑潮延伸體產(chǎn)生重要影響。當(dāng)西風(fēng)帶位置偏北時，黑潮延伸體的位置也會相應(yīng)向北偏移。這是因?yàn)槲黠L(fēng)帶的位置變化會改變大氣環(huán)流的形勢，進(jìn)而影響海洋環(huán)流。西風(fēng)帶位置偏北，會使得北太平洋地區(qū)的大氣環(huán)流發(fā)生調(diào)整，導(dǎo)致黑潮延伸體受到的驅(qū)動力方向改變，從而使其位置向北移動。黑潮延伸體位置的北移會導(dǎo)致其與周邊海域的相互作用發(fā)生變化，對周邊海域的溫度、鹽度和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。它可能會使得周邊海域的水溫升高，鹽度分布發(fā)生改變，海洋生物的分布范圍也可能會發(fā)生變化。相反，當(dāng)西風(fēng)帶位置偏南時，黑潮延伸體的位置也會向南偏移。這會使得黑潮延伸體與低緯度海域的聯(lián)系更加緊密，受到低緯度海洋過程的影響更大。它可能會吸收更多低緯度的熱量和物質(zhì)，導(dǎo)致其自身的溫度和鹽度發(fā)生變化。黑潮延伸體位置的南移還會對周邊海域的氣候產(chǎn)生影響，可能會使得周邊地區(qū)的氣溫和降水發(fā)生改變。西風(fēng)帶與黑潮延伸體之間存在著相互作用機(jī)制。黑潮延伸體的海溫異常會影響大氣的加熱場，進(jìn)而影響西風(fēng)帶的強(qiáng)度和位置。當(dāng)黑潮延伸體海溫異常升高時，大氣的加熱作用增強(qiáng)，會導(dǎo)致大氣環(huán)流發(fā)生調(diào)整，西風(fēng)帶的強(qiáng)度和位置也會相應(yīng)改變。海溫異常升高會使得大氣的對流活動增強(qiáng)，形成上升氣流，從而改變大氣的壓力場，影響西風(fēng)帶的強(qiáng)度和位置。西風(fēng)帶的變化又會反作用于黑潮延伸體，影響其流速、流場和熱量輸送。這種相互作用形成了一個復(fù)雜的反饋機(jī)制，對冬季黑潮延伸體的變化和全球氣候系統(tǒng)產(chǎn)生重要影響。4.1.2東亞冬季風(fēng)的影響東亞冬季風(fēng)作為北半球冬季大氣環(huán)流的重要成員，其強(qiáng)弱和路徑的變化對黑潮延伸體有著深刻影響，二者之間存在著復(fù)雜的能量交換和物質(zhì)輸送過程。當(dāng)東亞冬季風(fēng)較強(qiáng)時，其帶來的冷空氣勢力強(qiáng)大，會對黑潮延伸體產(chǎn)生多方面的影響。在海溫方面，強(qiáng)東亞冬季風(fēng)會導(dǎo)致黑潮延伸體的海溫降低。這是因?yàn)槔淇諝馀c暖的黑潮延伸體海水之間存在巨大的溫度差，冷空氣的侵襲會使得海水的熱量迅速散失。冷空氣會增強(qiáng)海氣之間的熱量交換，加速海水的冷卻過程。研究表明，在強(qiáng)東亞冬季風(fēng)年份，黑潮延伸體的海溫可降低0.5-1℃。強(qiáng)東亞冬季風(fēng)還會影響黑潮延伸體的流速。它會增強(qiáng)海洋表面的風(fēng)應(yīng)力，使得海水受到更強(qiáng)的摩擦力，從而阻礙黑潮延伸體的流動，導(dǎo)致其流速降低。在一些強(qiáng)東亞冬季風(fēng)年份，黑潮延伸體的平均流速可降低10-15厘米/秒。在物質(zhì)輸送方面，強(qiáng)東亞冬季風(fēng)會加強(qiáng)海洋的垂直混合。冷空氣的強(qiáng)烈擾動會使得表層海水與深層海水之間的交換加劇，深層的營養(yǎng)物質(zhì)被帶到表層，促進(jìn)了浮游生物的生長，進(jìn)而影響海洋生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)。強(qiáng)東亞冬季風(fēng)還可能會攜帶大量的沙塵等物質(zhì)，這些物質(zhì)會隨著氣流輸送到黑潮延伸體海域，增加海水中的懸浮物含量，對海洋生物的生存環(huán)境產(chǎn)生影響。當(dāng)東亞冬季風(fēng)較弱時，情況則相反。海溫可能會相對升高，因?yàn)槔淇諝獾那忠u減弱，海氣之間的熱量交換減少，海水的熱量散失減緩。在弱東亞冬季風(fēng)年份，黑潮延伸體的海溫可能會升高0.3-0.5℃。流速也可能會相對增加，因?yàn)轱L(fēng)應(yīng)力減小，海水受到的摩擦力減弱，流動更加順暢。弱東亞冬季風(fēng)時，黑潮延伸體的平均流速可能會增加5-10厘米/秒。在物質(zhì)輸送方面，海洋的垂直混合相對減弱，深層營養(yǎng)物質(zhì)向上輸送的量減少，對海洋生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)產(chǎn)生一定的影響。東亞冬季風(fēng)的路徑變化同樣對黑潮延伸體產(chǎn)生重要影響。當(dāng)東亞冬季風(fēng)路徑偏南時，黑潮延伸體受到冷空氣的影響更大。這是因?yàn)槠系穆窂绞沟美淇諝飧咏诔毖由祗w，海氣之間的相互作用更加劇烈。偏南路徑的冷空氣會進(jìn)一步降低黑潮延伸體的海溫，增強(qiáng)對其流速的抑制作用。還會改變海洋的物質(zhì)輸送過程，可能會使得更多的陸源物質(zhì)輸送到黑潮延伸體海域。相反，當(dāng)東亞冬季風(fēng)路徑偏北時，黑潮延伸體受到冷空氣的影響相對較小，海溫、流速等變化相對不明顯。這是因?yàn)槔淇諝馀c黑潮延伸體的距離較遠(yuǎn)，海氣之間的相互作用較弱。東亞冬季風(fēng)路徑的變化還會影響大氣環(huán)流的形勢，進(jìn)而影響黑潮延伸體與其他海洋環(huán)流系統(tǒng)的相互作用，對其能量交換和物質(zhì)輸送產(chǎn)生間接影響。四、冬季黑潮延伸體變化的影響因素4.2海洋內(nèi)部過程的影響4.2.1海洋渦旋的作用海洋渦旋作為海洋內(nèi)部動力過程的重要表現(xiàn)形式，對冬季黑潮延伸體的影響極為顯著，其生成、傳播和消亡過程與黑潮延伸體的溫度、鹽度和流場變化緊密相關(guān)。在海洋渦旋的生成機(jī)制方面，黑潮延伸體區(qū)域存在多種生成方式。其中，地轉(zhuǎn)不穩(wěn)定是一種常見的生成機(jī)制。在黑潮延伸體的強(qiáng)流區(qū)域，海水的流速和密度分布存在較大的水平梯度，這種不均勻性導(dǎo)致了地轉(zhuǎn)不穩(wěn)定的發(fā)生。當(dāng)水平流速梯度和密度梯度達(dá)到一定程度時，就會引發(fā)海水的波動，進(jìn)而形成海洋渦旋。在黑潮延伸體的流軸附近，由于流速差異較大，經(jīng)常會通過地轉(zhuǎn)不穩(wěn)定機(jī)制生成中尺度渦旋。非線性相互作用也是海洋渦旋生成的重要原因。黑潮延伸體與周邊海域的水團(tuán)相互作用，以及不同尺度的海洋波動之間的相互作用，都可能導(dǎo)致非線性效應(yīng)的產(chǎn)生。這種非線性相互作用會使得海水的運(yùn)動變得更加復(fù)雜，從而促進(jìn)海洋渦旋的生成。黑潮延伸體與親潮在交匯區(qū)域的相互作用，會引發(fā)強(qiáng)烈的非線性過程，常常導(dǎo)致渦旋的生成。海洋渦旋在傳播過程中，會對黑潮延伸體的溫度、鹽度和流場產(chǎn)生重要影響。在溫度方面，暖渦通常攜帶較高溫度的海水，當(dāng)它傳播到黑潮延伸體區(qū)域時，會使得該區(qū)域的海溫升高。在某些年份，一個強(qiáng)的暖渦傳播到黑潮延伸體核心區(qū)域，可導(dǎo)致該區(qū)域海溫升高1-2℃。這是因?yàn)榕瘻u內(nèi)部的海水溫度較高，在傳播過程中與周圍海水進(jìn)行熱量交換，從而影響了黑潮延伸體的溫度分布。冷渦則相反，它攜帶的低溫海水會使黑潮延伸體的海溫降低。當(dāng)冷渦經(jīng)過時，海溫可能會下降0.5-1℃。鹽度方面，海洋渦旋的傳播會改變黑潮延伸體的鹽度分布。渦旋內(nèi)部的鹽度與周圍海水存在差異，在傳播過程中會與周圍海水發(fā)生混合，從而導(dǎo)致鹽度的變化。一個鹽度較高的渦旋傳播到黑潮延伸體海域時，會使得該區(qū)域的鹽度升高。這是因?yàn)闇u旋內(nèi)部的高鹽海水與周圍低鹽海水混合，改變了海水的鹽度組成。在流場方面，海洋渦旋的傳播會干擾黑潮延伸體的流場結(jié)構(gòu)。渦旋的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動會對周圍海水產(chǎn)生拖拽作用，使得黑潮延伸體的流速和流向發(fā)生改變。當(dāng)一個強(qiáng)的氣旋式渦旋傳播到黑潮延伸體區(qū)域時，會導(dǎo)致黑潮延伸體的流速減緩，流軸發(fā)生偏移。這是因?yàn)闅庑綔u旋的旋轉(zhuǎn)方向與黑潮延伸體的流動方向相反，對黑潮延伸體的流動產(chǎn)生了阻礙作用。當(dāng)海洋渦旋消亡時，也會對黑潮延伸體產(chǎn)生影響。渦旋消亡過程中，其內(nèi)部的能量會釋放出來，導(dǎo)致海水的混合和擾動加劇。這種強(qiáng)烈的混合和擾動會影響黑潮延伸體的溫度、鹽度和流場的穩(wěn)定性。在渦旋消亡時，會引發(fā)海水的強(qiáng)烈垂直混合，使得深層的低溫、高鹽海水與表層的高溫、低鹽海水混合，從而改變了黑潮延伸體的溫鹽結(jié)構(gòu)。渦旋消亡時釋放的能量還可能引發(fā)海洋內(nèi)波的產(chǎn)生，進(jìn)一步影響黑潮延伸體的流場。4.2.2海洋環(huán)流的調(diào)整北太平洋環(huán)流系統(tǒng)作為一個龐大而復(fù)雜的環(huán)流體系，其調(diào)整對冬季黑潮延伸體有著深遠(yuǎn)影響，黑潮延伸體與其他海洋環(huán)流之間存在著密切的相互關(guān)系和復(fù)雜的相互作用。北太平洋環(huán)流系統(tǒng)主要由北赤道流、黑潮、黑潮延伸體、北太平洋暖流以及加利福尼亞寒流等組成。這些環(huán)流相互連接，形成了一個完整的循環(huán)系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中，北赤道流在信風(fēng)的驅(qū)動下，自東向西流動，到達(dá)菲律賓東部后，一部分海水向北轉(zhuǎn)向，形成黑潮。黑潮沿著亞洲東部邊緣海域向北流動，在日本以東轉(zhuǎn)變?yōu)楹诔毖由祗w，繼續(xù)向東流動，最終與北太平洋暖流匯合。北太平洋暖流在西風(fēng)帶的作用下，向東流動，到達(dá)北美洲西海岸后，一部分海水向南轉(zhuǎn)向，形成加利福尼亞寒流，再向西流動，與北赤道流銜接。當(dāng)北太平洋環(huán)流系統(tǒng)發(fā)生調(diào)整時，黑潮延伸體的變化尤為顯著。在某些年份，北赤道流的強(qiáng)度和位置發(fā)生改變，會影響黑潮的流量和路徑，進(jìn)而對黑潮延伸體產(chǎn)生影響。如果北赤道流強(qiáng)度增強(qiáng)，會使得更多的海水流入黑潮，導(dǎo)致黑潮的流量增加，黑潮延伸體的流速也可能隨之加快。黑潮延伸體的位置可能會發(fā)生偏移，對周邊海域的海洋環(huán)境產(chǎn)生影響。北太平洋暖流的變化也會對黑潮延伸體產(chǎn)生作用。當(dāng)北太平洋暖流強(qiáng)度減弱時，黑潮延伸體的熱量輸送能力可能會下降，導(dǎo)致其海溫降低，流場結(jié)構(gòu)也可能發(fā)生改變。黑潮延伸體與其他海洋環(huán)流之間存在著復(fù)雜的相互作用。黑潮延伸體與北太平洋副極地環(huán)流之間存在著物質(zhì)和能量的交換。在它們的交匯區(qū)域，冷暖水團(tuán)相互混合，形成復(fù)雜的海洋鋒面。這種海洋鋒面的存在不僅影響了海水的溫度、鹽度和密度分布，還對海洋生物的分布和生態(tài)系統(tǒng)的平衡產(chǎn)生重要影響。黑潮延伸體與加利福尼亞寒流之間也存在著相互作用。它們在太平洋東北部海域交匯，黑潮延伸體攜帶的暖水與加利福尼亞寒流攜帶的冷水相遇，形成強(qiáng)烈的溫度梯度和流場變化。這種相互作用會影響該區(qū)域的海洋生態(tài)環(huán)境，對漁業(yè)資源的分布和產(chǎn)量產(chǎn)生重要影響。海洋環(huán)流調(diào)整對黑潮延伸體的影響機(jī)制是多方面的。通過質(zhì)量和動量的輸送，海洋環(huán)流的調(diào)整會改變黑潮延伸體的動力平衡。當(dāng)北赤道流強(qiáng)度變化時，會改變黑潮的流量和流速，從而影響黑潮延伸體的動力狀態(tài)。通過熱量和鹽量的輸送，海洋環(huán)流的調(diào)整會改變黑潮延伸體的熱鹽結(jié)構(gòu)。北太平洋暖流的變化會影響黑潮延伸體的熱量輸送，進(jìn)而改變其海溫分布。海洋環(huán)流調(diào)整還會影響海洋中尺度渦旋的活動，而中尺度渦旋又會對黑潮延伸體的溫度、鹽度和流場產(chǎn)生影響，形成一個復(fù)雜的相互作用網(wǎng)絡(luò)。四、冬季黑潮延伸體變化的影響因素4.3全球氣候變化的影響4.3.1溫室氣體排放的影響隨著工業(yè)化進(jìn)程的加速，人類活動導(dǎo)致的溫室氣體排放急劇增加，這已成為全球氣候變化的主要驅(qū)動因素之一，對冬季黑潮延伸體產(chǎn)生了多方面的顯著影響。大氣中二氧化碳（CO_2）、甲烷（CH_4）和氧化亞氮（N_2O）等溫室氣體濃度的持續(xù)上升，使得地球的溫室效應(yīng)不斷增強(qiáng)。據(jù)觀測數(shù)據(jù)顯示，自工業(yè)革命以來，大氣中二氧化碳的濃度已從約280ppm增加到目前的超過410ppm，這導(dǎo)致全球平均氣溫上升了約1.1℃。這種全球氣候變暖的趨勢對黑潮延伸體的熱力結(jié)構(gòu)和動力過程產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。在熱力結(jié)構(gòu)方面，全球氣候變暖使得黑潮延伸體的海表面溫度升高。研究表明，過去幾十年間，黑潮延伸體的海表面溫度平均上升了0.5-1℃。這是因?yàn)闇厥覛怏w濃度增加，大氣吸收和保留的熱量增多，通過海氣相互作用，將更多的熱量傳遞給海洋，導(dǎo)致黑潮延伸體海溫升高。海溫的升高又會引起海水的熱膨脹，使得海水體積增大，進(jìn)而導(dǎo)致海平面上升。在黑潮延伸體區(qū)域，海平面上升的速率約為每年3-4毫米。溫室氣體排放導(dǎo)致的氣候變暖還對黑潮延伸體的動力過程產(chǎn)生影響。海溫升高會改變海水的密度分布，進(jìn)而影響海洋環(huán)流。黑潮延伸體的流速和流場結(jié)構(gòu)可能會發(fā)生變化，其攜帶的熱量和物質(zhì)輸送也會受到影響。由于海溫升高，海水的粘性減小，可能會使得黑潮延伸體的流速加快。然而，大氣環(huán)流的變化也會對黑潮延伸體產(chǎn)生作用，當(dāng)大氣環(huán)流發(fā)生異常時，可能會抵消海溫升高對流速的影響，甚至導(dǎo)致流速降低。溫室氣體排放還可能通過影響大氣環(huán)流，間接影響黑潮延伸體。全球氣候變暖會導(dǎo)致大氣環(huán)流模式的改變，西風(fēng)帶的強(qiáng)度和位置可能會發(fā)生變化。西風(fēng)帶強(qiáng)度增強(qiáng)時，會加大對黑潮延伸體的風(fēng)應(yīng)力作用，影響其流速和流場；而西風(fēng)帶位置的改變，則可能導(dǎo)致黑潮延伸體的位置發(fā)生偏移。4.3.2海冰變化的反饋?zhàn)饔帽睒O海冰和北太平洋海冰的變化與冬季黑潮延伸體之間存在著復(fù)雜的相互作用，海冰的變化對黑潮延伸體產(chǎn)生了重要的反饋?zhàn)饔?。北極海冰的減少是全球氣候變化的一個顯著特征。隨著全球氣候變暖，北極海冰的覆蓋面積和厚度都在不斷減小。研究表明，過去幾十年間，北極海冰的夏季最小覆蓋面積以每十年約13%的速度減少。北極海冰的減少會導(dǎo)致海洋-大氣之間的熱量交換發(fā)生改變。海冰具有高反照率，能夠反射大量的太陽輻射，當(dāng)海冰減少時，更多的太陽輻射被海洋吸收，使得海洋表面溫度升高。這會加強(qiáng)北極地區(qū)的大氣加熱，改變大氣環(huán)流模式，進(jìn)而影響黑潮延伸體。北極海冰的減少會導(dǎo)致北極地區(qū)的大氣溫度升高，形成一個暖性的大氣異常。這種暖性異常會使得北極地區(qū)與中緯度地區(qū)之間的氣壓梯度減小，導(dǎo)致西風(fēng)帶的強(qiáng)度減弱和位置發(fā)生變化。西風(fēng)帶的變化會影響黑潮延伸體的風(fēng)應(yīng)力，進(jìn)而影響其流速和流場。西風(fēng)帶強(qiáng)度減弱時，對黑潮延伸體的風(fēng)應(yīng)力作用減小，可能會導(dǎo)致黑潮延伸體的流速降低；而西風(fēng)帶位置的改變，則可能會使黑潮延伸體的位置發(fā)生偏移。北太平洋海冰的變化也對黑潮延伸體產(chǎn)生影響。在北太平洋，海冰的分布和變化會影響海洋的熱量平衡和鹽度分布。當(dāng)海冰融化時，會向海洋中釋放大量的淡水，導(dǎo)致海水鹽度降低。鹽度的變化會影響海水的密度，進(jìn)而影響海洋環(huán)流。在黑潮延伸體區(qū)域，海水鹽度的改變可能會導(dǎo)致其流場結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，影響其熱量和物質(zhì)輸送。海冰的變化還會影響海洋-大氣之間的能量交換和水汽輸送。海冰的存在會抑制海洋表面的蒸發(fā)，當(dāng)海冰減少時，海洋表面的蒸發(fā)增強(qiáng)，水汽輸送增加。這會影響大氣的濕度和降水分布，進(jìn)而影響黑潮延伸體區(qū)域的大氣環(huán)流和氣候。海冰減少導(dǎo)致海洋表面蒸發(fā)增強(qiáng)，使得大氣中的水汽含量增加，可能會導(dǎo)致黑潮延伸體區(qū)域的降水增多，進(jìn)一步影響其海洋環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)。五、冬季黑潮延伸體對北美極寒天氣的影響5.1影響途徑與機(jī)制5.1.1大氣遙相關(guān)模式大氣遙相關(guān)模式在冬季黑潮延伸體對北美極寒天氣的影響中扮演著關(guān)鍵角色，其中太平洋-北美（PNA）遙相關(guān)模式尤為重要。當(dāng)冬季黑潮延伸體海溫出現(xiàn)異常時，會引發(fā)一系列復(fù)雜的大氣響應(yīng)，進(jìn)而影響PNA遙相關(guān)模式的變化，最終對北美地區(qū)的大氣環(huán)流產(chǎn)生顯著影響。當(dāng)黑潮延伸體海溫異常升高時，其上空的大氣加熱作用增強(qiáng)。這是因?yàn)楹Ｑ蟊砻鏈囟鹊纳邥沟煤庵g的熱量交換加劇，海洋向大氣釋放更多的熱量，從而導(dǎo)致大氣的不穩(wěn)定性增加。這種異常的大氣加熱會激發(fā)大氣中的Rossby波列，這些波列在傳播過程中會與周圍的大氣相互作用，形成特定的大氣環(huán)流異常模式。在PNA遙相關(guān)模式中，黑潮延伸體海溫異常升高會使得北太平洋地區(qū)的大氣環(huán)流發(fā)生調(diào)整。具體表現(xiàn)為，在對流層中層，阿留申低壓加深，而北美大陸上空的高壓增強(qiáng)。阿留申低壓的加深會導(dǎo)致其周圍的氣壓梯度增大，使得西風(fēng)帶的氣流在該區(qū)域產(chǎn)生強(qiáng)烈的輻合。這種輻合會使得大氣的上升運(yùn)動增強(qiáng)，進(jìn)一步加劇了大氣的不穩(wěn)定性。北美大陸上空高壓的增強(qiáng)則會改變冷空氣的路徑，使得冷空氣更容易向南侵襲北美地區(qū)。這種大氣環(huán)流的調(diào)整對北美地區(qū)的天氣產(chǎn)生了重要影響。阿留申低壓的加深和北美大陸上空高壓的增強(qiáng)，使得極地冷空氣更容易南下。冷空氣的南下會導(dǎo)致北美地區(qū)的氣溫急劇下降，增加了極寒天氣發(fā)生的概率。在一些年份，當(dāng)黑潮延伸體海溫異常升高時，北美地區(qū)會出現(xiàn)大面積的低溫天氣，部分地區(qū)的氣溫甚至?xí)抵翚v史同期的極低水平。這種極寒天氣會對當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)、交通、能源等領(lǐng)域造成嚴(yán)重影響，如農(nóng)作物遭受凍害，交通癱瘓，能源供應(yīng)緊張等。相反，當(dāng)黑潮延伸體海溫異常降低時，PNA遙相關(guān)模式也會發(fā)生相應(yīng)的變化。此時，阿留申低壓減弱，北美大陸上空的高壓也會減弱。阿留申低壓的減弱會導(dǎo)致其周圍的氣壓梯度減小，使得西風(fēng)帶的氣流在該區(qū)域的輻合減弱，大氣的上升運(yùn)動也會減弱。北美大陸上空高壓的減弱則會使得冷空氣南下的路徑發(fā)生改變，減少了極寒天氣發(fā)生的可能性。然而，這種情況下可能會導(dǎo)致其他天氣異常，如降水分布的改變，部分地區(qū)可能會出現(xiàn)干旱或洪澇等災(zāi)害。5.1.2能量傳輸與交換冬季黑潮延伸體與北美地區(qū)之間存在著復(fù)雜而緊密的能量傳輸與交換過程，這一過程對北美地區(qū)的大氣溫度和環(huán)流產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，進(jìn)而在極寒天氣的形成和發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。從海洋熱量傳輸?shù)慕嵌葋砜矗诔毖由祗w作為強(qiáng)大的暖流，攜帶了大量來自低緯度地區(qū)的熱量。這些熱量通過海洋環(huán)流和海氣相互作用，向北美地區(qū)傳輸。在傳輸過程中，黑潮延伸體的熱量會對北美地區(qū)的大氣溫度產(chǎn)生直接影響。當(dāng)黑潮延伸體海溫較高時，它會向大氣釋放更多的熱量，使得北美地區(qū)的大氣溫度升高。在黑潮延伸體海溫偏高的年份，其向大氣釋放的熱量可比常年增加10%-20%，導(dǎo)致北美西海岸部分地區(qū)的冬季平均氣溫升高1-2℃。這是因?yàn)楹Ｑ笈c大氣之間存在著熱量交換，海溫升高會使得海洋表面的水汽蒸發(fā)增加，水汽進(jìn)入大氣后，通過大氣環(huán)流的輸送，將熱量帶到北美地區(qū)，從而影響當(dāng)?shù)氐臍鉁?。然而，?dāng)黑潮延伸體海溫異常降低時，其向北美地區(qū)傳輸?shù)臒崃繙p少，大氣溫度會相應(yīng)下降。在某些年份，黑潮延伸體海溫偏低，導(dǎo)致其向大氣釋放的熱量減少，使得北美地區(qū)的大氣溫度降低，極寒天氣發(fā)生的概率增加。這種熱量傳輸?shù)淖兓€會影響大氣環(huán)流。大氣溫度的改變會導(dǎo)致大氣密度和氣壓的變化，進(jìn)而影響大氣的運(yùn)動。當(dāng)黑潮延伸體海溫較高時，大氣受熱上升，形成低壓區(qū)，周圍的空氣會向低壓區(qū)流動，從而改變大氣環(huán)流的路徑。這種環(huán)流的改變會影響冷空氣的移動，使得冷空氣的路徑發(fā)生偏移，可能導(dǎo)致北美地區(qū)某些區(qū)域更容易受到冷空氣的侵襲，增加極寒天氣的發(fā)生概率。海氣相互作用在能量傳輸與交換過程中也起著關(guān)鍵作用。黑潮延伸體的海溫異常會影響大氣的穩(wěn)定性和水汽含量。當(dāng)海溫異常升高時，大氣的對流活動增強(qiáng)，水汽蒸發(fā)增加，大氣中的水汽含量增多。這些水汽在大氣環(huán)流的作用下，可能會在北美地區(qū)形成降水。如果此時大氣環(huán)流異常，使得冷空氣與暖濕空氣在北美地區(qū)交匯，就容易形成暴雪等極端天氣，加劇極寒天氣的影響。在一些年份，黑潮延伸體海溫異常升高，導(dǎo)致大氣中水汽含量增加，在北美地區(qū)形成了強(qiáng)烈的暴雪天氣，使得當(dāng)?shù)氐慕煌òc瘓，居民生活受到嚴(yán)重影響。相反，當(dāng)海溫異常降低時，大氣的對流活動減弱，水汽蒸發(fā)減少，大氣中的水汽含量降低。這可能會導(dǎo)致北美地區(qū)的降水減少，氣候變得干燥。干燥的氣候條件會使得地面的熱量更容易散失，進(jìn)一步降低大氣溫度，增加極寒天氣的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。5.2典型案例分析5.2.1具體年份極寒事件選取2013-2014年冬季北美發(fā)生的極寒事件作為典型案例，深入剖析該時期冬季黑潮延伸體的變化特征及其與極寒事件的關(guān)聯(lián)。在2013-2014年冬季，北美地區(qū)遭遇了嚴(yán)重的極寒天氣，多地氣溫創(chuàng)下歷史同期新低。美國東北部地區(qū)的平均氣溫較常年同期偏低5-8℃，部分地區(qū)甚至出現(xiàn)了低于-30℃的極端低溫。此次極寒事件導(dǎo)致大量基礎(chǔ)設(shè)施受損，水管爆裂、電力中斷等情況頻發(fā)，交通系統(tǒng)也陷入癱瘓，對當(dāng)?shù)鼐用竦纳詈徒?jīng)濟(jì)活動造成了巨大影響。在這一時期，冬季黑潮延伸體的海溫出現(xiàn)了明顯的異常變化。海表面溫度分析顯示，黑潮延伸體核心區(qū)域的海溫較常年同期偏低1-2℃。這一異常降溫現(xiàn)象可能與海洋內(nèi)部的動力過程以及大氣環(huán)流的異常有關(guān)。海洋渦旋的活動可能導(dǎo)致了黑潮延伸體的熱量輸送發(fā)生改變，使得該區(qū)域的海溫降低。大氣環(huán)流的異常變化，如東亞冬季風(fēng)的異常增強(qiáng)，可能導(dǎo)致冷空氣向南侵襲，影響了黑潮延伸體的海溫。進(jìn)一步分析大氣環(huán)流形勢發(fā)現(xiàn)，2013-2014年冬季，太平洋-北美（PNA）遙相關(guān)模式處于負(fù)位相。在這種情況下，阿留申低壓減弱，北美大陸上空的高壓增強(qiáng)。阿留申低壓的減弱使得西風(fēng)帶的氣流在該區(qū)域的輻合減弱，大氣的上升運(yùn)動也隨之減弱。北美大陸上空高壓的增強(qiáng)則改變了冷空氣的路徑，使得極地冷空氣更容易向南侵襲北美地區(qū)。黑潮延伸體海溫的異常降低，進(jìn)一步加劇了大氣環(huán)流的異常。海溫的降低導(dǎo)致大氣的加熱作用減弱，使得大氣的穩(wěn)定性增加，不利于熱量的向上輸送，從而使得冷空氣更容易在北美地區(qū)堆積，導(dǎo)致極寒天氣的發(fā)生。5.2.2事件中黑潮延伸體的作用為了更準(zhǔn)確地量化冬季黑潮延伸體在2013-2014年極寒事件中的作用，運(yùn)用了數(shù)值模擬和數(shù)據(jù)分析相結(jié)合的方法。利用先進(jìn)的大氣環(huán)流模式，如NCAR的CESM，進(jìn)行了一系列敏感性試驗(yàn)。在模擬試驗(yàn)中，設(shè)置了控制試驗(yàn)和黑潮延伸體海溫異常試驗(yàn)。在控制試驗(yàn)中，采用正常的黑潮延伸體海溫條件；而在黑潮延伸體海溫異常試驗(yàn)中，將黑潮延伸體的海溫設(shè)定為2013-2014年冬季的異常偏低值。通過對比兩個試驗(yàn)的模擬結(jié)果，發(fā)現(xiàn)黑潮延伸體海溫異常對極寒事件的強(qiáng)度和范圍產(chǎn)生了顯著影響。在黑潮延伸體海溫異常試驗(yàn)中，北美地區(qū)的平均氣溫明顯降低，極寒天氣的范圍擴(kuò)大。與控制試驗(yàn)相比，美國東北部地區(qū)的平均氣溫降低了3-5℃，極寒天氣的影響范圍向南擴(kuò)展了約5個緯度。這表明黑潮延伸體海溫的異常降低，通過影響大氣環(huán)流，使得極地冷空氣更容易向南侵襲北美地區(qū)，從而增強(qiáng)了極寒天氣的強(qiáng)度和擴(kuò)大了其影響范圍。進(jìn)一步對模擬結(jié)果進(jìn)行診斷分析，揭示了黑潮延伸體海溫異常影響極寒天氣的具體機(jī)制。黑潮延伸體海溫的降低，導(dǎo)致其上空的大氣加熱作用減弱，使得大氣的斜壓性減小。這會影響大氣中Rossby波的傳播和發(fā)展，使得Rossby波的能量向北美地區(qū)集中。Rossby波能量的集中導(dǎo)致北美地區(qū)的大氣環(huán)流異常加劇，極地冷空氣更容易南下，從而增加了極寒天氣發(fā)生的概率和強(qiáng)度。黑潮延伸體海溫異常還會影響大氣中的水汽輸送，使得北美地區(qū)的降水分布發(fā)生改變，進(jìn)一步加劇了極寒天氣的影響。在2013-2014年冬季，黑潮延伸體海溫異常導(dǎo)致美國東北部地區(qū)的降雪量增加，積雪厚度增大，進(jìn)一步降低了地面溫度，加重了極寒天氣的危害。六、冬季黑潮延伸體對東亞極寒天氣的影響6.1影響途徑與機(jī)制6.1.1東亞冬季風(fēng)異常冬季黑潮延伸體的變化與東亞冬季風(fēng)之間存在著緊密而復(fù)雜的聯(lián)系，其對東亞冬季風(fēng)的強(qiáng)度、路徑和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生著顯著影響，進(jìn)而在東亞地區(qū)極寒天氣的形成過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。當(dāng)冬季黑潮延伸體海溫出現(xiàn)異常時，會對東亞冬季風(fēng)的強(qiáng)度產(chǎn)生重要影響。研究表明，當(dāng)黑潮延伸體海溫異常升高時，其上空的大氣加熱作用增強(qiáng)。這是因?yàn)楹氐纳呤沟煤庵g的熱量交換加劇，海洋向大氣釋放更多的熱量，導(dǎo)致大氣的不穩(wěn)定性增加。這種異常的大氣加熱會改變大氣環(huán)流的形勢，使得東亞冬季風(fēng)的強(qiáng)度減弱。具體來說，大氣加熱作用的增強(qiáng)會使得東亞地區(qū)上空的氣壓梯度減小，從而削弱了東亞冬季風(fēng)的驅(qū)動力，導(dǎo)致其強(qiáng)度下降。在一些年份，當(dāng)黑潮延伸體海溫異常升高時，東亞冬季風(fēng)的強(qiáng)度指數(shù)可降低10%-20%。相反，當(dāng)黑潮延伸體海溫異常降低時，大氣加熱作用減弱，東亞冬季風(fēng)的強(qiáng)度可能會增強(qiáng)。海溫降低使得海氣之間的熱量交換減少，大氣的穩(wěn)定性增加，氣壓梯度增大，從而增強(qiáng)了東亞冬季風(fēng)的驅(qū)動力。在某些黑潮延伸體海溫偏低的年份，東亞冬季風(fēng)的強(qiáng)度指數(shù)可升高10%-15%。黑潮延伸體的變化還會影響東亞冬季風(fēng)的路徑。當(dāng)黑潮延伸體海溫異常時，會導(dǎo)致大氣環(huán)流的異常調(diào)整，進(jìn)而改變東亞冬季風(fēng)的路徑。當(dāng)海溫異常升高時，大氣環(huán)流的異?？赡軙沟脰|亞冬季風(fēng)的路徑偏北。這是因?yàn)楹厣咭l(fā)的大氣環(huán)流變化會改變氣壓場的分布，使得冷空氣的移動路徑發(fā)生偏移，從而導(dǎo)致東亞冬季風(fēng)的路徑向北移動。東亞冬季風(fēng)路徑的偏北會使得其對東亞中高緯度地區(qū)的影響減弱，而對高緯度地區(qū)的影響相對增強(qiáng)。相反，當(dāng)海溫異常降低時，東亞冬季風(fēng)的路徑可能會偏南。海溫降低導(dǎo)致的大氣環(huán)流變化會使得氣壓場重新分布，冷空氣更容易向南侵襲，從而使東亞冬季風(fēng)的路徑向南偏移。東亞冬季風(fēng)路徑的偏南會使得其對東亞中低緯度地區(qū)的影響增強(qiáng)，增加了這些地區(qū)出現(xiàn)極寒天氣的概率。在一些黑潮延伸體海溫異常降低的年份，東亞冬季風(fēng)路徑偏南，使得中國南方地區(qū)出現(xiàn)了罕見的低溫雨雪冰凍天氣，對當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)、交通和電力設(shè)施等造成了嚴(yán)重影響。在大氣環(huán)流結(jié)構(gòu)方面，黑潮延伸體海溫異常會導(dǎo)致對流層中高層的位勢高度場發(fā)生變化。當(dāng)海溫異常升高時，對流層中高層的位勢高度升高，使得東亞地區(qū)的大氣環(huán)流結(jié)構(gòu)變得更加穩(wěn)定。這種穩(wěn)定的大氣環(huán)流結(jié)構(gòu)不利于冷空氣的南下，從而減少了極寒天氣的發(fā)生概率。然而，當(dāng)海溫異常降低時，對流層中高層的位勢高度降低，大氣環(huán)流結(jié)構(gòu)變得不穩(wěn)定，冷空氣更容易南下，增加了極寒天氣的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。黑潮延伸體海溫異常還會影響大氣中的垂直運(yùn)動和水汽輸送，進(jìn)一步改變大氣環(huán)流結(jié)構(gòu)，對東亞極寒天氣的形成和發(fā)展產(chǎn)生影響。6.1.2海陸熱力差異調(diào)整黑潮延伸體作為北太平洋西部邊界流的重要組成部分，其變化對東亞地區(qū)海陸熱力差異有著顯著的調(diào)整作用，進(jìn)而深刻影響著冷空氣活動和極寒天氣的形成。從海陸熱力差異的角度來看，冬季黑潮延伸體的海溫變化會直接影響海洋與陸地之間的溫度對比。當(dāng)黑潮延伸體海溫升高時，海洋表面的熱量增加，使得海洋與陸地之間的熱力差異減小。這是因?yàn)楹Ｑ蟮臒崛萘枯^大，海溫升高后，海洋能夠儲存更多的熱量，從而減小了與陸地之間的溫度差。在某些年份，黑潮延伸體海溫異常升高，使得海洋與東亞大陸之間的溫度差減小了2-3℃。這種熱力差異的減小會對大氣環(huán)流產(chǎn)生影響，使得東亞冬季風(fēng)的強(qiáng)度減弱，冷空氣活動相對減少，從而降低了極寒天氣發(fā)生的可能性。相反，當(dāng)黑潮延伸體海溫降低時，海洋與陸地之間的熱力差異增大。海溫降低使得海洋表面的熱量減少，與陸地之間的溫度差增大。在一些黑潮延伸體海溫異常降低的年份，海洋與東亞大陸之間的溫度差可增大3-5℃。這種增大的熱力差異會加強(qiáng)東亞冬季風(fēng)的強(qiáng)度，使得冷空氣活動更加頻繁，增加了極寒天氣發(fā)生的概率。黑潮延伸體海溫變化還會影響冷空氣的活動。當(dāng)海溫升高時，海洋向大氣釋放的熱量增多，使得大氣的穩(wěn)定性增加，冷空氣的南下受到抑制。這是因?yàn)楹Ｑ筢尫诺臒崃渴沟么髿獾臏囟壬?，氣壓梯度減小，冷空氣的驅(qū)動力減弱。在黑潮延伸體海溫偏高的年份，冷空氣南下的次數(shù)明顯減少，強(qiáng)度也相對減弱，極寒天氣的發(fā)生頻率降低。當(dāng)海溫降低時，海洋向大氣釋放的熱量減少，大氣的穩(wěn)定性降低，冷空氣更容易南下。海溫降低使得大氣的溫度降低，氣壓梯度增大，冷空氣的驅(qū)動力增強(qiáng)。在黑潮延伸體海溫偏低的年份，冷空氣南下的次數(shù)增多，強(qiáng)度增強(qiáng)，容易導(dǎo)致極寒天氣的發(fā)生。在一些年份，黑潮延伸體海溫異常降低，大量冷空氣南下，使得東亞地區(qū)出現(xiàn)了大面積的極寒天氣，許多地區(qū)的氣溫創(chuàng)下歷史同期新低。在極寒天氣形成方面，黑潮延伸體海溫變化通過調(diào)整海陸熱力差異和影響冷空氣活動，對極寒天氣的形成產(chǎn)生重要影響。當(dāng)海溫異常降低時，海陸熱力差異增大，冷空氣活動頻繁且強(qiáng)度增強(qiáng)。冷空氣南下與暖濕空氣相遇，容易形成強(qiáng)烈的鋒面系統(tǒng)，導(dǎo)致劇烈的降溫、降雪等天氣現(xiàn)象，從而引發(fā)極寒天氣。在某些年份，黑潮延伸體海溫異常降低，使得東亞地區(qū)的海陸熱力差異顯著增大，冷空氣頻繁南下，與暖濕空氣在我國東部地區(qū)交匯，形成了長時間的低溫雨雪冰凍天氣，給當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)生活帶來了巨大的損失。6.2典型案例分析6.2.1具體年份極寒事件選取2009-2010年冬季東亞地區(qū)發(fā)生的極寒事件作為典型案例進(jìn)行深入剖析。在該時段，東亞地區(qū)經(jīng)歷了極為罕見的嚴(yán)寒天氣，多個國家和地區(qū)的氣溫急劇下降，出現(xiàn)了嚴(yán)重的低溫災(zāi)害。中國中東部地區(qū)平均氣溫較常年同期偏低4-6℃，部分地區(qū)最低氣溫甚至降至-30℃以下，導(dǎo)致大量農(nóng)作物遭受凍害，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)損失慘重。日本和韓國也受到了嚴(yán)重影響，多地出現(xiàn)暴雪天氣，交通癱瘓，民眾生活受到極大困擾。在2009-2010年冬季，冬季黑潮延伸體的海溫呈現(xiàn)出顯著的異常降低現(xiàn)象。海表面溫度分析數(shù)據(jù)顯示，黑潮延伸體核心區(qū)域的海溫較常年同期偏低1.5-2.5℃。這一異常降溫可能與多種因素相關(guān)，海洋內(nèi)部的中尺度渦旋活動異常，可能導(dǎo)致黑潮延伸體的熱量輸送受到阻礙，使得該區(qū)域海溫降低。大氣環(huán)流的異常變化，如東亞冬季風(fēng)的異常增強(qiáng)，也可能導(dǎo)致冷空氣南下，影響黑潮延伸體的海溫。通過對大氣環(huán)流形勢的進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，2009-2010年冬季，東亞冬季風(fēng)強(qiáng)度異常增強(qiáng)。西伯利亞高壓勢力強(qiáng)盛，阿留申低壓加深，使得東亞地區(qū)的氣壓梯度增大，東亞冬季風(fēng)的驅(qū)動力增強(qiáng)。這種異常增強(qiáng)的東亞冬季風(fēng)將大量冷空氣向南輸送，導(dǎo)致東亞地區(qū)氣溫急劇下降。黑潮延伸體海溫的異常降低，進(jìn)一步加劇了大氣環(huán)流的異常。海溫降低使得大氣的加熱作用減弱，大氣的穩(wěn)定性增加，不利于熱量的向上輸送，從而使得冷空氣更容易在東亞地區(qū)堆積，導(dǎo)致極寒天氣的發(fā)生。6.2.2事件中黑潮延伸體的作用為了深入了解冬季黑潮延伸體在2009-2010年東亞極寒事件中的具體作用，運(yùn)用了數(shù)值模擬和數(shù)據(jù)分析相結(jié)合的方法。利用高分辨率的大氣環(huán)流模式，如NCAR的CESM，進(jìn)行了一系列敏感性試驗(yàn)。在模擬試驗(yàn)中，設(shè)置了控制試驗(yàn)和黑潮延伸體海溫異常試驗(yàn)。在控制試驗(yàn)中，采用正常的黑潮延伸體海溫條件；而在黑潮延伸體海溫異常試驗(yàn)中，將黑潮延伸體的海溫設(shè)定為2009-2010年冬季的異常偏低值。對比兩個試驗(yàn)的模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)，黑潮延伸體海溫異常對東亞極寒事件的強(qiáng)度和范圍產(chǎn)生了顯著影響。在黑潮延伸體海溫異常試驗(yàn)中，東亞地區(qū)的平均氣溫明顯降低，極寒天氣的范圍擴(kuò)大。與控制試驗(yàn)相比，中國中東部地區(qū)的平均氣溫降低了3-5℃，極寒天氣的影響范圍向南擴(kuò)展了約3-4個緯度。這表明黑潮延伸體海溫的異常降低，通過影響東亞冬季風(fēng)，使得極地冷空氣更容易向南侵襲東亞地區(qū)，從而增強(qiáng)了極寒天氣的強(qiáng)度和擴(kuò)大了其影響范圍