近43年北大西洋海浪场与NAO指数的相关性研究

刘志宏，郑崇伟,2，王 健，刘 寒

1. 92538部队气象台 辽宁 大连 116041； 2. 解放军理工大学气象学院 江苏 南京 211101

近43年北大西洋海浪场与NAO指数的相关性研究

刘志宏1，郑崇伟1,2，王 健1，刘 寒1

1. 92538部队气象台 辽宁 大连 116041； 2. 解放军理工大学气象学院 江苏 南京 211101

本文利用来自ECMWF的ERA-40 wave reanalysis海浪资料，分析了北大西洋海浪场与NAO（北大西洋涛动指数）的关系。研究发现如下主要特征：北大西洋海域的海表风场和（风浪、涌浪、混合浪）浪场与NAO（北大西洋涛动）有着密切的关系，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

大西洋作为世界海上航运中心之一，集中了诸多世界海运航线，货运量居各大洋之首。它有着许多海上战略通道：被称为“西方生命线”的直布罗陀海峡、黑海海峡、卡特加特海峡等等。北大西洋两岸聚集了众多发达国家以及资源丰富的发展中国家，在世界海运、航运、渔业、矿藏、通讯等各个经济领域中都有举足轻重的影响，在世界政治格局中占有十分重要的地位。国内对该海域波候的研究并不多，仅韩树宗、俞慕耕等做过一些分析[1-2]。该区域海浪特征分布复杂，对航海、海洋工程设计、军事及海洋能开发与利用等方面都有重要影响，随着我国大航海时代掀开新的一页，对该区域的海浪特征做深入研究极有必要。

2 资料简介

ERA-40 wave reanalysis海浪资料（含海表风速）来自欧洲中期天气预报中心(简称ECMWF)，该海浪资料将风浪和涌浪进行了分离。其范围覆盖全球海域，时间范围从1957年09月01日00:00时～2002年08月31日18:00时，时间分辨率为6小时，空间分辨率为1.5°×1.5°。ERA-40海浪资料被国外广泛运用，精度较高[3-4]。

3 NAO与北大西洋浪场的相关性

NAO指数：定义为亚速尔群岛的Ponta Delgada与冰岛的Reykjavik/Stykkisholmur的标准化 SLP之差，月平均的NAO指数参考Jones[5]的计算方法。

将NAO指数取逐年平均，得到1958～2000年的年平均NAO指数，将北大西洋1.5°×1.5°每个网格点上1958年～2000年的海表风速、风浪波高、涌浪波高、混合浪波高进行逐年平均，分别得到各个网格点上各个要素43个时次的年平均值，求NAO指数与每个格点上各个要素之间的相关。

由于NAO指数只到2000年，为了与NAO指数保持一致，本文在求NAO与风场、浪场的相关性时只算到2000年，后面的谱分析也是这样截取。

图 1 a～d为1月、4月、7月、10月北大西洋涛动与风浪场的相关性；e～h为1月、4月、7月、10月北大西洋涛动与涌浪场的相关性；i～l为1月、4月、7月、10月北大西洋涛动与混合浪场的相关性；阴影区代表通过了95%的显著性检验。

NAO与海表风场、风浪场：由于NAO指数与海表风场、风浪场的相关性极为相似，在图1中只给出了NAO与风浪场的相关性。1月份，NAO与风浪场的相关性为全年最好，低纬度和高纬度海域呈显著的正相关，中纬度为显著的负相关，该月份北大西洋大部分海域的风浪与NAO都有显著的关系，且通过了95%的显著性检验，如图1a所示；4月份，NAO与风浪场在爱尔兰西部海域、西班牙西南部海域呈显著的正相关，在纽芬兰南部海域、赤道附近海域呈显著的负相关；7月份，相关性为全年最低，仅在爱尔兰西部海域、西班牙西南部海域呈显著的正相关；10月份，在爱尔兰西部海域呈显著的正相关，在西班牙西部海域呈显著的负相关。

图2 a～f分别为:NAO的功率谱;北大西洋海表风速风场、风浪波高、涌浪波高、混合浪波高（有效波高）的功率谱

NAO与涌浪场：1月份，NAO与涌浪场的相关性为全年最好，在冰岛附近海域、加勒比海呈显著的正相关，在戴维斯海峡、30°N附近一半月形海域呈显著的负相关；4月份，在爱尔兰附近海域呈显著的正相关，在西班牙南部小部分海域呈显著的负相关；7月份，相关性为全年最低，仅在爱尔兰和冰岛之间的海域呈显著的正相关；10月份，在冰岛南部海域呈显著的正相关，在戴维斯海峡、西班牙南部小部分海域呈显著的负相关。

NAO与混合浪场：NAO和混合浪场的相关性与NAO和涌浪场的相关性很为相似，由此初步判定涌浪在混合浪中占主导地位，可通过求涌浪指标来验证，本文在此不列出，在另一篇文章中（已录用待发表）验证了北大西洋的涌浪在混合浪中确实占主导地位。

本文在此揭示了北大西洋海表风场、海浪场与NAO指数的密切联系，其内部物理机制有待借助海气相互作用和大气循环理论作进一步研究。

4 NAO指数、北大西洋海面风场及海浪场的周期分析

将北大西洋1958年～2000年的海表风场、风浪、涌浪、混合浪进行逐年平均，分别得到各个要素43个时次的年平均值，用功率谱分析各个要素的周期，另外还将NAO指数取逐年平均，也用功率谱求周期，发现这几个要素存在多尺度的周期变化，见图2。

NAO：具有明显的2.6-2.89年、3.71年的主周期变化及8.67-13年的长周期震荡。

风场：具有明显的2-2.36年、3.71年的主周期变化及26年的长周期震荡。

风浪场：具有明显的2～2.36年、3.71～4.33年的主周期变化及26年的长周期震荡。

涌浪场：具有明显的2～5.2年的主周期变化及26年的长周期震荡。

混合浪场：具有明显的2～3.71年的主周期变化及26年的长周期震荡。

在上述要素的这些周期上，功率谱估计值都超过了α=0.05（95%）的红噪音（或白噪音）检验标准谱，如图2所示，还发现上述几个要素存在3.71年的共同周期。

5 结论

（1）本文研究发现北大西洋海域的海表风场和海浪场（分为风浪、涌浪、混合浪）与NAO（北大西洋涛动）有着密切的关系，其中1月份相关性最好，并初步判定北大西洋的涌浪在混合浪中占主导地位。

（2）NAO指数与北大西洋的海表风场、（风浪、涌浪、混合浪）浪场存在3.71年左右的共同周期。

[1]韩树宗，赵喜喜，朱大勇,等.大西洋波高分布及变化规律研究[J].海洋湖沼通报. 2003,4:22～29

[2]俞慕耕,周雅静.大西洋欧洲沿海的海浪特点[J] .海洋通报.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年德国联邦环境部增加可再生能源研究预算

2011年，德国联邦环境部（BMU）将在预算中增加可再生能源研究经费。联邦环境部（BMU）部长罗特根表示：“为了促进可再生能源发展，企业界和科学界必须加大在该领域的研发投入。为此，联邦环境部将加大对该领域研发支持力度，这将关乎德国企业和研究机构能否适应未来的国际竞争。”2010年，联邦环境部在可再生能源领域的研发经费投入为1.2亿欧元，2011年已确定的研发经费预算将为1.28亿欧元。

2011年，联邦环境部将新实施的184个项目中包括风能特别是海上风电研究，还包括光伏发电降低成本和提高能效方面的研究。德国Alpha Ventus海上风电试验场3000万欧元测试经费也在其内，首批1200万欧元经费已于2010年拨付，剩余1800万欧元将在2012年前陆续拨付。

2011年，联邦环境部与联邦教研部共同支持的“光伏发电创新联盟”第一批项目将获得资助。德国在未来几年的重要任务将是发展适应可再生能源为主要能源类型的能源基础设施。为此，“能源供应系统优化”是联邦环境部资助的优先主题，其中包括：能源存储技术研究、发展电力网络等。同时，地热能、太阳热能发电和低温太阳热能利用等领域的研究也将得到加强。

2011年4月，根据《能源规划2050》德国联邦政府将出台《第六能源研究计划》，可再生能源将是其中一个优先主题。

法国实施的一项节能举措取得进展

2010年末，法国工业部部长贝松（BESSON）、生态部部长科修斯柯-莫莉彩（KOSCIUSKO-MORIZET）和经济部部长拉嘉德（LAGARDE）共同宣布：一项2006-2009年实行的行之有效的节能措施将在2011年1月1日至2013年12月31日继续实行，并在原有节能指标的基础上提高5倍，3年时间里达到节能3450亿千瓦时。

2006年开始实行的该项节能措施是：所有电力、燃气、石油和供热等能源供应商都必须完成国家按一定比例规定的节能指标。能源供应商采取措施实现了节能指标，就可获得国家颁发的节能证。反之，则须受罚，对未完成的节能指标按每千瓦小时2欧分的标准缴纳罚金。能源供应商可以通过各种方式来完成节能任务，如：燃气供应商通过鼓励个人更新供暖锅炉或改善窗户隔热效果等，可以将经核实的节能值计入自己的节能指标。法国LECLERC超市连锁企业采取向顾客发放“节能奖金”的方式，顾客为住宅安装一套超市提供的节能“汽-水”供暖装置，便可获得超市495欧元的节能奖金，奖金可在此连锁超市继续消费。这一双赢机制既使企业完成了节能指标，又让顾客在超市获得了实惠。

法国2006-2009年的节能指标为540亿千瓦时，实际完成节能652亿千瓦时，这相当于一个核反应堆全年生产电量的80%，或等于消费者少支出电费43亿欧元。3年期间，有节能义务的2502家企业中有375家接到罚款通知。最后，有157家企业通过了复核审定，免除罚款，余下的218家企业则需向国库缴纳总值320万欧元的罚金，其中受罚最大的一家企业缴纳了68.3万欧元。此外，超额完成节能指标的能源供应商也可以像在二氧化碳排放市场上出售排放配额一样，通过国家中介机构将自己超出的节能指标进行转让出售，转让价格大致在每千瓦时0.35-0.40欧分之间。比较未达标企业须缴纳2欧分/千瓦时的罚金，这样的转让价格是有吸引力的。

法国近年来通过对“节能减排、保护环境”等领域开展全国性的大讨论、大协商机制，制定法律，完善措施，使企业和公众增强了节能、环境意识，陆续推出了一些节能、环保新举措。法国对能源供应商制定节能指标，颁发节能证是其重要举措之一，通过3年的实践，一方面节能取得成效，另一方面通过公众的广泛参与使得节能意识普遍提高。

“十一五”国家重大科技成就展在京举办

为全面总结和宣传展示我国在“十一五”期间科技工作取得的重大成就，大力弘扬自主创新精神，更好地将力量凝聚到转变经济发展方式和建设创新型国家的历史使命上来，科学技术部、中共中央组织部、国家发展和改革委员会、财政部、总装备部牵头，会同教育部、中国科学院、中国工程院、国家自然科学基金委员会、中国科协、国家国防科技工业局等共同主办了“十一五”国家重大科技成就展（以下简称“展览”）。

展览于3月8日上午在国家会议中心开幕。全国政协副主席、科学技术部部长万钢出席开幕式并参观展览。出席开幕式的还有中共中央组织部、国家发展和改革委员会、财政部、教育部、中国科学院、中国工程院、国家自然科学基金委员会、中国科协、国家国防科技工业局等有关部门的领导。

“十一五”期间，我国科技工作以邓小平理论和“三个代表”重要思想为指导，深入贯彻落实科学发展观，坚持“自主创新，重点跨越，支撑发展，引领未来”的指导方针，全面实施《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》，不断深化改革、扩大开放，优化创新环境，科技发展进入了重要跃升期，创新型国家建设取得重要进展，自主创新能力显著增强，国际影响大幅提升，科技对经济社会发展发挥了重要的支撑引领作用。“十一五”期间，我国科技人力资源总量、研究与发展人员数跃居世界第1位，高技术产业产品出口额跃居世界第1位，高技术产业增加值跃居世界第2位，国际科技论文数跃居世界第2位，本国人发明专利授权量跃居世界第3位，中国PCT国际专利申请量跃居世界第4位，研究与发展经费跃居世界第3位。

展览全面介绍了“十一五”期间我国科技战线取得的重大科技成就，形象地再现了在党中央、国务院的坚强领导下，我国建设创新型国家的光辉历程，生动地反映了我国自主创新的实力和科学技术发展的水平，充分地展示了我国科技进步对经济、社会发展的引领、支撑作用。展览共分为六个相对独立又相互融合的展览单元和四个虚拟单元，按照“自主创新，重点跨越，支撑发展，引领未来”的方针，以“自主创新，重点跨越”为主题，围绕“依靠科技创新驱动，推动转变经济发展方式”这一主线展开。展览单元着重展示“十一五”我国科技工作在全面落实《科技规划纲要》、实施重大专项、应用高新技术推动结构优化升级、发展农业和民生科技、加强基础研究和前沿高技术研究、加快国家创新体系建设等六个方面所取得的重大成就，虚拟单元为节能减排、先进制造、立体农业、科技惠民等。

中国数字科技馆推出“两弹一星”科普专栏

2011年是中国共产党建党90周年。中国数字科技馆为隆重纪念党的90华诞，深情回顾党所领导下的中国科技事业的光辉历史，热情讴歌老一辈科学家的无私奋斗精神，专门设计、制作了《五星红旗迎风飘扬》——“两弹一星”功勋奖章获得者科普专栏。

《五星红旗迎风飘扬》科普专栏以人物传略的形式集中展现了23位“两弹一星”功勋奖章获得者的科学成就，通过文字、图片和视频较为全面地介绍了这些科学家的感人事迹。专栏地址：http://ldyx.cdstm.cn/。

2011年初，中国数字科技馆新版（测试版）正式上线，中国数字科技馆以此为契机，在新形势下大力弘扬这些科学家及其所展现的依靠科学、顽强拼搏、锐意创新等科学精神和奉献精神，普及和宣传我国的科技成就，提高公众的科技意识和科学素养。中国数字科技馆将以创新服务形式，拓展服务内容为目标，为广大公众提供稳定高效的科普公共服务。推动中国网络科普事业的健康快速发展。

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

刘志宏（1969-），男，工程师，主要从

事水文气象保障。

郑崇伟（1983-），男，硕士生，主要从

事海气相互作用研究。