近43年北大西洋海浪場與NAO指數(shù)的相關性研究

劉志宏，鄭崇偉,2，王 健，劉 寒

1. 92538部隊氣象臺 遼寧 大連 116041； 2. 解放軍理工大學氣象學院 江蘇 南京 211101

近43年北大西洋海浪場與NAO指數(shù)的相關性研究

劉志宏1，鄭崇偉1,2，王 健1，劉 寒1

1. 92538部隊氣象臺 遼寧 大連 116041； 2. 解放軍理工大學氣象學院 江蘇 南京 211101

本文利用來自ECMWF的ERA-40 wave reanalysis海浪資料，分析了北大西洋海浪場與NAO（北大西洋濤動指數(shù)）的關系。研究發(fā)現(xiàn)如下主要特征：北大西洋海域的海表風場和（風浪、涌浪、混合浪）浪場與NAO（北大西洋濤動）有著密切的關系，且存在3.71年左右的共同周期。

ERA-40 wave reanalysis；北大西洋；NAO；周期

ERA-40 wave reanalysis; the North Atlantic Ocean; NAO; period

1 引言

大西洋作為世界海上航運中心之一，集中了諸多世界海運航線，貨運量居各大洋之首。它有著許多海上戰(zhàn)略通道：被稱為“西方生命線”的直布羅陀海峽、黑海海峽、卡特加特海峽等等。北大西洋兩岸聚集了眾多發(fā)達國家以及資源豐富的發(fā)展中國家，在世界海運、航運、漁業(yè)、礦藏、通訊等各個經(jīng)濟領域中都有舉足輕重的影響，在世界政治格局中占有十分重要的地位。國內(nèi)對該海域波候的研究并不多，僅韓樹宗、俞慕耕等做過一些分析[1-2]。該區(qū)域海浪特征分布復雜，對航海、海洋工程設計、軍事及海洋能開發(fā)與利用等方面都有重要影響，隨著我國大航海時代掀開新的一頁，對該區(qū)域的海浪特征做深入研究極有必要。

2 資料簡介

ERA-40 wave reanalysis海浪資料（含海表風速）來自歐洲中期天氣預報中心(簡稱ECMWF)，該海浪資料將風浪和涌浪進行了分離。其范圍覆蓋全球海域，時間范圍從1957年09月01日00:00時～2002年08月31日18:00時，時間分辨率為6小時，空間分辨率為1.5°×1.5°。ERA-40海浪資料被國外廣泛運用，精度較高[3-4]。

3 NAO與北大西洋浪場的相關性

NAO指數(shù)：定義為亞速爾群島的Ponta Delgada與冰島的Reykjavik/Stykkisholmur的標準化 SLP之差，月平均的NAO指數(shù)參考Jones[5]的計算方法。

將NAO指數(shù)取逐年平均，得到1958～2000年的年平均NAO指數(shù)，將北大西洋1.5°×1.5°每個網(wǎng)格點上1958年～2000年的海表風速、風浪波高、涌浪波高、混合浪波高進行逐年平均，分別得到各個網(wǎng)格點上各個要素43個時次的年平均值，求NAO指數(shù)與每個格點上各個要素之間的相關。

由于NAO指數(shù)只到2000年，為了與NAO指數(shù)保持一致，本文在求NAO與風場、浪場的相關性時只算到2000年，后面的譜分析也是這樣截取。

圖 1 a～d為1月、4月、7月、10月北大西洋濤動與風浪場的相關性；e～h為1月、4月、7月、10月北大西洋濤動與涌浪場的相關性；i～l為1月、4月、7月、10月北大西洋濤動與混合浪場的相關性；陰影區(qū)代表通過了95%的顯著性檢驗。

NAO與海表風場、風浪場：由于NAO指數(shù)與海表風場、風浪場的相關性極為相似，在圖1中只給出了NAO與風浪場的相關性。1月份，NAO與風浪場的相關性為全年最好，低緯度和高緯度海域呈顯著的正相關，中緯度為顯著的負相關，該月份北大西洋大部分海域的風浪與NAO都有顯著的關系，且通過了95%的顯著性檢驗，如圖1a所示；4月份，NAO與風浪場在愛爾蘭西部海域、西班牙西南部海域呈顯著的正相關，在紐芬蘭南部海域、赤道附近海域呈顯著的負相關；7月份，相關性為全年最低，僅在愛爾蘭西部海域、西班牙西南部海域呈顯著的正相關；10月份，在愛爾蘭西部海域呈顯著的正相關，在西班牙西部海域呈顯著的負相關。

圖2 a～f分別為:NAO的功率譜;北大西洋海表風速風場、風浪波高、涌浪波高、混合浪波高（有效波高）的功率譜

NAO與涌浪場：1月份，NAO與涌浪場的相關性為全年最好，在冰島附近海域、加勒比海呈顯著的正相關，在戴維斯海峽、30°N附近一半月形海域呈顯著的負相關；4月份，在愛爾蘭附近海域呈顯著的正相關，在西班牙南部小部分海域呈顯著的負相關；7月份，相關性為全年最低，僅在愛爾蘭和冰島之間的海域呈顯著的正相關；10月份，在冰島南部海域呈顯著的正相關，在戴維斯海峽、西班牙南部小部分海域呈顯著的負相關。

NAO與混合浪場：NAO和混合浪場的相關性與NAO和涌浪場的相關性很為相似，由此初步判定涌浪在混合浪中占主導地位，可通過求涌浪指標來驗證，本文在此不列出，在另一篇文章中（已錄用待發(fā)表）驗證了北大西洋的涌浪在混合浪中確實占主導地位。

本文在此揭示了北大西洋海表風場、海浪場與NAO指數(shù)的密切聯(lián)系，其內(nèi)部物理機制有待借助海氣相互作用和大氣循環(huán)理論作進一步研究。

4 NAO指數(shù)、北大西洋海面風場及海浪場的周期分析

將北大西洋1958年～2000年的海表風場、風浪、涌浪、混合浪進行逐年平均，分別得到各個要素43個時次的年平均值，用功率譜分析各個要素的周期，另外還將NAO指數(shù)取逐年平均，也用功率譜求周期，發(fā)現(xiàn)這幾個要素存在多尺度的周期變化，見圖2。

NAO：具有明顯的2.6-2.89年、3.71年的主周期變化及8.67-13年的長周期震蕩。

風場：具有明顯的2-2.36年、3.71年的主周期變化及26年的長周期震蕩。

風浪場：具有明顯的2～2.36年、3.71～4.33年的主周期變化及26年的長周期震蕩。

涌浪場：具有明顯的2～5.2年的主周期變化及26年的長周期震蕩。

混合浪場：具有明顯的2～3.71年的主周期變化及26年的長周期震蕩。

在上述要素的這些周期上，功率譜估計值都超過了α=0.05（95%）的紅噪音（或白噪音）檢驗標準譜，如圖2所示，還發(fā)現(xiàn)上述幾個要素存在3.71年的共同周期。

5 結論

（1）本文研究發(fā)現(xiàn)北大西洋海域的海表風場和海浪場（分為風浪、涌浪、混合浪）與NAO（北大西洋濤動）有著密切的關系，其中1月份相關性最好，并初步判定北大西洋的涌浪在混合浪中占主導地位。

（2）NAO指數(shù)與北大西洋的海表風場、（風浪、涌浪、混合浪）浪場存在3.71年左右的共同周期。

[1]韓樹宗，趙喜喜，朱大勇,等.大西洋波高分布及變化規(guī)律研究[J].海洋湖沼通報. 2003,4:22～29

[2]俞慕耕,周雅靜.大西洋歐洲沿海的海浪特點[J] .海洋通報.1999,18(4):11～20

[3]M.A. Hemer, J.A. Church and J.R. Hunter. Waves and Climate Change on the Australian Coast[J]. Journal of Coastal Research ,2007，50:432-437

[4]CAIRES, S. AND STERL, A. A new non-parametric method to correct model data: Application to Significant Wave Height from the ERA-40 Re-Analysis[J]. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 2005, 22:443-459

[5]Jones, P.D., Jónsson, T. and Wheeler, D., 1997: Extension to the North Atlantic Oscillation using early instrumental pressure observations from Gibraltar and South-West Iceland[J]. Int.J. Climatol. 17, 1433-1450

2011年德國聯(lián)邦環(huán)境部增加可再生能源研究預算

2011年，德國聯(lián)邦環(huán)境部（BMU）將在預算中增加可再生能源研究經(jīng)費。聯(lián)邦環(huán)境部（BMU）部長羅特根表示：“為了促進可再生能源發(fā)展，企業(yè)界和科學界必須加大在該領域的研發(fā)投入。為此，聯(lián)邦環(huán)境部將加大對該領域研發(fā)支持力度，這將關乎德國企業(yè)和研究機構能否適應未來的國際競爭?！?010年，聯(lián)邦環(huán)境部在可再生能源領域的研發(fā)經(jīng)費投入為1.2億歐元，2011年已確定的研發(fā)經(jīng)費預算將為1.28億歐元。

2011年，聯(lián)邦環(huán)境部將新實施的184個項目中包括風能特別是海上風電研究，還包括光伏發(fā)電降低成本和提高能效方面的研究。德國Alpha Ventus海上風電試驗場3000萬歐元測試經(jīng)費也在其內(nèi)，首批1200萬歐元經(jīng)費已于2010年撥付，剩余1800萬歐元將在2012年前陸續(xù)撥付。

2011年，聯(lián)邦環(huán)境部與聯(lián)邦教研部共同支持的“光伏發(fā)電創(chuàng)新聯(lián)盟”第一批項目將獲得資助。德國在未來幾年的重要任務將是發(fā)展適應可再生能源為主要能源類型的能源基礎設施。為此，“能源供應系統(tǒng)優(yōu)化”是聯(lián)邦環(huán)境部資助的優(yōu)先主題，其中包括：能源存儲技術研究、發(fā)展電力網(wǎng)絡等。同時，地熱能、太陽熱能發(fā)電和低溫太陽熱能利用等領域的研究也將得到加強。

2011年4月，根據(jù)《能源規(guī)劃2050》德國聯(lián)邦政府將出臺《第六能源研究計劃》，可再生能源將是其中一個優(yōu)先主題。

法國實施的一項節(jié)能舉措取得進展

2010年末，法國工業(yè)部部長貝松（BESSON）、生態(tài)部部長科修斯柯-莫莉彩（KOSCIUSKO-MORIZET）和經(jīng)濟部部長拉嘉德（LAGARDE）共同宣布：一項2006-2009年實行的行之有效的節(jié)能措施將在2011年1月1日至2013年12月31日繼續(xù)實行，并在原有節(jié)能指標的基礎上提高5倍，3年時間里達到節(jié)能3450億千瓦時。

2006年開始實行的該項節(jié)能措施是：所有電力、燃氣、石油和供熱等能源供應商都必須完成國家按一定比例規(guī)定的節(jié)能指標。能源供應商采取措施實現(xiàn)了節(jié)能指標，就可獲得國家頒發(fā)的節(jié)能證。反之，則須受罰，對未完成的節(jié)能指標按每千瓦小時2歐分的標準繳納罰金。能源供應商可以通過各種方式來完成節(jié)能任務，如：燃氣供應商通過鼓勵個人更新供暖鍋爐或改善窗戶隔熱效果等，可以將經(jīng)核實的節(jié)能值計入自己的節(jié)能指標。法國LECLERC超市連鎖企業(yè)采取向顧客發(fā)放“節(jié)能獎金”的方式，顧客為住宅安裝一套超市提供的節(jié)能“汽-水”供暖裝置，便可獲得超市495歐元的節(jié)能獎金，獎金可在此連鎖超市繼續(xù)消費。這一雙贏機制既使企業(yè)完成了節(jié)能指標，又讓顧客在超市獲得了實惠。

法國2006-2009年的節(jié)能指標為540億千瓦時，實際完成節(jié)能652億千瓦時，這相當于一個核反應堆全年生產(chǎn)電量的80%，或等于消費者少支出電費43億歐元。3年期間，有節(jié)能義務的2502家企業(yè)中有375家接到罰款通知。最后，有157家企業(yè)通過了復核審定，免除罰款，余下的218家企業(yè)則需向國庫繳納總值320萬歐元的罰金，其中受罰最大的一家企業(yè)繳納了68.3萬歐元。此外，超額完成節(jié)能指標的能源供應商也可以像在二氧化碳排放市場上出售排放配額一樣，通過國家中介機構將自己超出的節(jié)能指標進行轉讓出售，轉讓價格大致在每千瓦時0.35-0.40歐分之間。比較未達標企業(yè)須繳納2歐分/千瓦時的罰金，這樣的轉讓價格是有吸引力的。

法國近年來通過對“節(jié)能減排、保護環(huán)境”等領域開展全國性的大討論、大協(xié)商機制，制定法律，完善措施，使企業(yè)和公眾增強了節(jié)能、環(huán)境意識，陸續(xù)推出了一些節(jié)能、環(huán)保新舉措。法國對能源供應商制定節(jié)能指標，頒發(fā)節(jié)能證是其重要舉措之一，通過3年的實踐，一方面節(jié)能取得成效，另一方面通過公眾的廣泛參與使得節(jié)能意識普遍提高。

“十一五”國家重大科技成就展在京舉辦

為全面總結和宣傳展示我國在“十一五”期間科技工作取得的重大成就，大力弘揚自主創(chuàng)新精神，更好地將力量凝聚到轉變經(jīng)濟發(fā)展方式和建設創(chuàng)新型國家的歷史使命上來，科學技術部、中共中央組織部、國家發(fā)展和改革委員會、財政部、總裝備部牽頭，會同教育部、中國科學院、中國工程院、國家自然科學基金委員會、中國科協(xié)、國家國防科技工業(yè)局等共同主辦了“十一五”國家重大科技成就展（以下簡稱“展覽”）。

展覽于3月8日上午在國家會議中心開幕。全國政協(xié)副主席、科學技術部部長萬鋼出席開幕式并參觀展覽。出席開幕式的還有中共中央組織部、國家發(fā)展和改革委員會、財政部、教育部、中國科學院、中國工程院、國家自然科學基金委員會、中國科協(xié)、國家國防科技工業(yè)局等有關部門的領導。

“十一五”期間，我國科技工作以鄧小平理論和“三個代表”重要思想為指導，深入貫徹落實科學發(fā)展觀，堅持“自主創(chuàng)新，重點跨越，支撐發(fā)展，引領未來”的指導方針，全面實施《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》，不斷深化改革、擴大開放，優(yōu)化創(chuàng)新環(huán)境，科技發(fā)展進入了重要躍升期，創(chuàng)新型國家建設取得重要進展，自主創(chuàng)新能力顯著增強，國際影響大幅提升，科技對經(jīng)濟社會發(fā)展發(fā)揮了重要的支撐引領作用。“十一五”期間，我國科技人力資源總量、研究與發(fā)展人員數(shù)躍居世界第1位，高技術產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品出口額躍居世界第1位，高技術產(chǎn)業(yè)增加值躍居世界第2位，國際科技論文數(shù)躍居世界第2位，本國人發(fā)明專利授權量躍居世界第3位，中國PCT國際專利申請量躍居世界第4位，研究與發(fā)展經(jīng)費躍居世界第3位。

展覽全面介紹了“十一五”期間我國科技戰(zhàn)線取得的重大科技成就，形象地再現(xiàn)了在黨中央、國務院的堅強領導下，我國建設創(chuàng)新型國家的光輝歷程，生動地反映了我國自主創(chuàng)新的實力和科學技術發(fā)展的水平，充分地展示了我國科技進步對經(jīng)濟、社會發(fā)展的引領、支撐作用。展覽共分為六個相對獨立又相互融合的展覽單元和四個虛擬單元，按照“自主創(chuàng)新，重點跨越，支撐發(fā)展，引領未來”的方針，以“自主創(chuàng)新，重點跨越”為主題，圍繞“依靠科技創(chuàng)新驅(qū)動，推動轉變經(jīng)濟發(fā)展方式”這一主線展開。展覽單元著重展示“十一五”我國科技工作在全面落實《科技規(guī)劃綱要》、實施重大專項、應用高新技術推動結構優(yōu)化升級、發(fā)展農(nóng)業(yè)和民生科技、加強基礎研究和前沿高技術研究、加快國家創(chuàng)新體系建設等六個方面所取得的重大成就，虛擬單元為節(jié)能減排、先進制造、立體農(nóng)業(yè)、科技惠民等。

中國數(shù)字科技館推出“兩彈一星”科普專欄

2011年是中國共產(chǎn)黨建黨90周年。中國數(shù)字科技館為隆重紀念黨的90華誕，深情回顧黨所領導下的中國科技事業(yè)的光輝歷史，熱情謳歌老一輩科學家的無私奮斗精神，專門設計、制作了《五星紅旗迎風飄揚》——“兩彈一星”功勛獎章獲得者科普專欄。

《五星紅旗迎風飄揚》科普專欄以人物傳略的形式集中展現(xiàn)了23位“兩彈一星”功勛獎章獲得者的科學成就，通過文字、圖片和視頻較為全面地介紹了這些科學家的感人事跡。專欄地址：http://ldyx.cdstm.cn/。

2011年初，中國數(shù)字科技館新版（測試版）正式上線，中國數(shù)字科技館以此為契機，在新形勢下大力弘揚這些科學家及其所展現(xiàn)的依靠科學、頑強拼搏、銳意創(chuàng)新等科學精神和奉獻精神，普及和宣傳我國的科技成就，提高公眾的科技意識和科學素養(yǎng)。中國數(shù)字科技館將以創(chuàng)新服務形式，拓展服務內(nèi)容為目標，為廣大公眾提供穩(wěn)定高效的科普公共服務。推動中國網(wǎng)絡科普事業(yè)的健康快速發(fā)展。

The Relationship Between NAO Index and Wind Field, Wave Field in the North Atlantic Ocean during the last 43 years

Liu Zhi-hong1, ZHENG Chong-wei1,2, WANG Jian1, LIU Han1
( 1. 12 Unit, NO. 92538 Army of PLA. Dalian 116041; 2. Institute of Meteorology, PLA Univ. of Sci.＆ Tech. , Nanjing 211101)

In this paper, the relationship between NAO index and wave field, wind field in the North Atlantic Ocean during the last 43 years were analyzed.The research shows that there is a close relationship between NAO index and wave field, wind field,and they have the same period of 3.71years.Key words

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.005.005

劉志宏（1969-），男，工程師，主要從

事水文氣象保障。

鄭崇偉（1983-），男，碩士生，主要從

事海氣相互作用研究。