北太平洋低位势涡度水的潜沉和向台湾以东的输运

论文摘要

北太平洋中纬度晚东海洋上混合层的低位涡水可以通过潜沉过程进入海洋的温跃层,并被温跃层环流输运到其它海域,在气候变化中起重要作用。本论文在前人研究工作的基础上,通过对海洋观测同化资料（SODA）的分析,采用IAP-LASG-LICOM1.0海洋模式进行数值试验,给出了北太平洋潜沉率的气候态分布特征,证实了北太平洋副热带存在三个潜沉率的极大值海域,且其位置与三个北太平洋副热带模态水（跃层内低位势涡度水）的生成区一致。研究了1970-1999年间海面风及净热通量的改变对北太平洋副热带海域三个模态水形成区逐年潜沉率的影响,揭示了在这三个海域控制潜沉率年际和年代际变化的机制,定量地确定了低位势涡度水从北太平洋中部输送到台湾以东的通道,研究了北太平洋次表层高盐水的分类与形成,讨论了低位势涡度水沿着该通道的输送在太平洋年代际变化中的作用。本文的研究得到的主要创新性成果如下:1.给出了北太平洋三个模态水形成区潜沉率的年际、年代际变化特征。西部模态水形成区,在1985年左右潜沉率及其变化都突然减小;中部区域模态水形成区,在1976-1993年间潜沉率及其变化都突然增大;东部模态水形成区潜沉率的年际变化振幅最小,但也同样有出现于1993年左右潜沉率突然减小的现象。2.揭示了北太平洋三个模态水形成区潜沉率年际、年代际变化的主要机制。在在西部模态水形成区,决定潜沉率年际变化的主要因素是海面净热通量的年际变化;中部模态水形成区,决定潜沉率年际变化的是海面纬向风的年际变化;东部模态水形成区,海面风应力旋度的年际变化所引起的混合层底垂向速度的改变是潜沉率年际变化的主要原因。3.指出了30o-35oN、150o-170oE海区是北太平洋潜沉率年际变化显著的海域之一;定量地确定了潜沉于30o-35oN、150o-170oE的低位涡水沿着等密跃层（25.4-25.8σθ）被输送到台湾以东海域（22o-24oN、125oE）的海洋通道;发现低位涡水沿该通道输送的时间约为12年。北太平洋中部海洋-大气耦合系统的年代际变化也会通过海面风影响低位涡水“潜沉”率的年代际变化进而影响台湾以东海域跃层厚度的年际变化。利用Argo浮标观测数据,进一步证实了位于蒸发大于降水海域海表的高盐水,将会在北太平洋中部“潜沉”后,沿跃层向西南输运,并到达台湾以东海域。4.提出了太平洋大约25年周期振荡的一种可能的负反馈机制。北太平洋中纬度海面风加强,使得30o-35oN、150o-170oE海域内潜沉率增大,更多的低位涡水由冬季深混合层进入跃层内,使得该海域内跃层厚度增加,而跃层内的低位涡水在“海洋通道”内被海流向西南传播,大约12年后传播到台湾以东海域,并使得台湾以东海域跃层内低位涡水增多,跃层厚度增加,增加了再循环海流的强度和向北的海水热输送;可能引起更多的热量进入黑潮/亲潮延伸体海域,增加向大气的放热,并可能导致其下游大气系统中阿留申低压的减弱,北太平洋中纬度海面风减弱。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 北太平洋跃层内低位涡水的研究进展
• 1.2 有关晚冬副热带北太平洋潜沉的研究进展
• 1.3 关于北太平洋副热带潜沉水体输运路径的研究进展
• 1.3.1 北太平洋潜沉低位涡水对于北太平洋海洋层节的影响
• 1.3.2 北太平洋潜沉低位涡水对于北太平洋气候的影响
• 1.4 科学问题的提出和本文拟研究内容
• 附图
• 2 资料与计算方法
• 2.1 资料
• 2.1.1 SODA 资料
• 2.1.2 COADS 资料
• 2.1.3 ERS 资料
• 2.1.4 NCEP 资料
• 2.1.5 ARGO 资料
• 2.1.6 TRMM 资料
• 2.2 资料处理方法
• 2.2.1 滑动平均
• 2.2.2 带通滤波
• 2.2.3 EOF 和 SVD 分析
• 2.3 数值模式的介绍
• 2.4 计算方法
• 2.4.1 混合层定义
• 2.4.2 潜沉率定义
• 附图
• 3 北太平洋副热带模态水形成区潜沉率的年际、年代际变化及其机制
• 3.1 北太平洋潜沉率的气候特征
• 3.1.1 SODA 数据下潜沉率的气候态分布
• 3.1.2 数值模式中潜沉率的气候态分布
• 3.1.2.1 LICOM1.0 模式的验证
• 3.1.2.2 模式模拟结果中的潜沉率和低位涡水
• 3.2 三个模态水次形成区潜沉率的年际、年代际变化
• 3.3 三个模态水形成区潜沉率年际、年代际变化机制
• 3.3.1 模态水形成区潜沉率的年际变化机制
• 3.3.2 模态水形成区潜沉率年代际变化机制
• 3.4 本章小结
• 附图
• 4 北太平洋低位涡水被输送到台湾以东的路径
• 4.1 北太平洋副热带潜沉率年际变化的显著海域
• 4.2 潜沉率年际变化显著海域内潜沉率年际变化的成因
• 4.3 北太平洋170°E 和140°E 断面处低位涡水的年际变化
• 4.4 潜沉后低位涡水在跃层内的传播方式及路径
• 4.5 本章小结
• 附图
• 5 北太平洋副热带次表层高盐水
• 5.1 北太平洋副热带混合层以下的次表层高盐水
• 5.2 北太平洋副热带次表层高盐水的季节变化
• 5.3 北太平洋副热带次表层高盐水的分类
• 5.3.1 SODA 数据下次表层高盐水的分类
• 5.3.2 Argo 数据下次表层高盐水的分类
• 5.3.3 次表层高盐水形成的两个观测个例
• 5.4 本章小结
• 附图
• 6 台湾以东位势涡度年代际变化的气候效应
• 6.1 台湾以东位势涡度异常对再循环海流的影响
• 6.2 台湾以东位势涡度异常与黑潮/亲潮延伸体区热含量和海面净热同量的关系
• 6.2.1 台湾以东位势涡度异常与黑潮/亲潮延伸体区热含量的关系
• 6.2.2 台湾以东位势涡度异常与北太平洋海面净热通量的关系
• 6.3 台湾以东位势涡度年代际变化的气候效应
• 6.4 本章小结
• 附图
• 7 结论与讨论
• 7.1 全文总结
• 7.2 本文的主要创新点
• 7.3 需要进一步研究的问题
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文和研究成果