风应力对热盐环流（THC）非线性稳定性与平衡态转移的影响

论文摘要

大洋热盐环流(Thermohaline Circulation,简称THC)是主要源于北大西洋的深海环流,对全球经向水和热平衡具有重要的作用,是影响长期气候变化的一个重要因素。很多研究表明THC的稳定性和多平衡态问题与全球气候的突变有着密切的联系,当前,全球气候研究领域最为重要的两个国际计划“过去全球变化(PAGES)”和“气候变率与可预报性研究(CLIVAR)”,都强调要开展全球THC研究。关于THC的文章很多,都是从不同角度考虑了各种因素的作用,本文是从Stommel盒子模型出发,结合Longworth等人的观点,通过添加扩散项的形式引入了风应力,从而考虑了风应力对THC的影响。关于风应力的作用,大量的GCM模式和一些盒子模型都做了研究,但前人的工作主要是用数值积分的方法考虑非线性问题,没有完整的理论推导。本文利用Mu等提出的条件非线性最优扰动(CNOP)方法从非线性的角度研究了风应力的作用,并从理论上论证了得到的结论。工作主要从四个方面展开:第一、THC的多平衡态;第二、THC最优初始扰动的发展情况;第三、THC最优初始扰动的扰动临界值;第四、THC的年代际变率。研究发现风应力会增加正向THC的流量――对TH型平衡态它增强了环流强度,对SA型平衡态它削弱了环流强度。根据THC环流越强则越稳定的规律,风应力的上述作用会增强处于TH型平衡态的THC的稳定性,而减弱处于SA型平衡态的THC的稳定性。本文从理论上证明了风应力确实存在这种作用,并发现THC存在这样一种机制:风应力会使温度差的减小弱于盐度差的减小,而这种机制对处于不同平衡态的THC会产生不同的作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外的研究现状
• 1.2.1 THC与盒子模型
• 1.2.2 THC的年代际变率
• 1.2.3 THC的动力学机制
• 1.3 本文的工作和目的
• 第二章 模型及方法介绍
• 2.1 引言
• 2.2 模型介绍
• 2.3 方法介绍
• 2.3.1 Runge-Kutta 方法
• 2.3.2 条件非线性最优扰动（CNOP）
• 2.3.3 最优化方法（SQP）
• 第三章 风应力作用下的THC
• 3.1 引言
• 3.2 THC多平衡态
• 3.3 THC非线性稳定性和敏感性
• 3.3.1 热力驱动型（TH 型）
• 3.3.2 盐分驱动型（SA 型）
• 3.3.3 沿分岔曲线的稳定性分析
• 3.4 THC的年代际变率
• 3.5 理论分析与内在机制
• 3.5.1 理论分析
• 3.5.2 内在机制探讨
• 第四章 总结和讨论
• 4.1 本文主要结论
• 4.2 讨论
• 参考文献
• 致谢