黄海水温与环流变化特征及机制研究

论文摘要

区域海如何响应大尺度气候变化是区域海物理环境与生态系统变化研究关注的关键问题。大尺度气候变化对具体海域的影响存在“大气桥”和“海洋桥”两个可能途径。黄海为半封闭的西北太平洋边缘海，地处东亚季风区，同时也临近黑潮及其分支的陆架环流。海水温度和环流是主要的动力要素，在不同时间尺度上对其变化的特征已有大量的观测、模拟和理论研究。对其变化机制，尤其是长期变化的机制，尚有不同观点存在，亟须进一步研究。本文在大量前人研究的基础上，进一步尝试利用一个新近发展的大尺度海洋动力模式，研究黄海水温和环流的季节、年际与年代际的变化特征和动力机制。模型基于欧洲海洋核心模型NEMO（Nucleus for European Modelling of the Ocean）。为了同时包括大尺度和局地海洋、大气强迫，采用了全球和西北太平洋的嵌套模式。模型垂向分辨率为46层，全球模式水平分辨率约100km,西北太平洋子模式水平分辨率约25km。用大气再分析资料强迫做长期模拟，主要分析1958-2007年50年间的模拟结果，保证了数据的连续性和较高的空间分辨率。将模拟结果与卫星遥感（海表面动力高度和海表面温度）资料、代表性断面观测水温资料、台站水位资料及其它历史资料相比较，结果表明模拟结果与观测数据存在很好的一致性。在黄海暖流的机制研究部分，采用敏感性实验，定量区分风动力强迫和冷却热力强迫在黄海暖流形成中的作用。模拟的水温季节变化表明，黄海的冷却季节为9-2月，加热季节为3-8月。无论是加热还是冷却季节，海气热输送的绝对值均在量级上大于侧向热输送，海气热输送是黄海水温和热含量整体水平的主要控制因素。侧向平流热输送主要受水通量变化的影响，水温高低对其影响较小。在水温的年际与年代际变化方面，通过比较冷却和加热季节内海气热输送与侧向热输送的相对量值大小，发现黄海区域整体水温和热含量的高低主要取决于海气热输送的年际与年代际变化，不取决于黄海环流系统的侧向热输送作用。黄海冬季水温从冷相位向暖相位的跃迁发生在1988/1989年。研究表明东亚冬季风强度是影响冬季水温与热含量整体水平高低的直接因素，主要的影响机制为东亚冬季风减弱，引起海气热输送中潜热分量的减小，使得水温整体水平升高。大尺度气候变化如北极涛动的相位变化引起大气环流的跃迁，影响东亚大槽的强度与位置变化，进而以影响东亚冬季风为中间途径，对黄海的水温状况产生影响。夏季水温从冷相位向暖相位的跃迁发生在1994年。加热季节水温的增量主要取决与短波辐射通量的年际变化，大气活动中心如副热带高压的位置变化通过引起云量的变化改变海表面加热状况，最终影响跃层以上水体的温度变化。跃层以下的黄海冷水团主要为冬季残留，但仍受到表面加热和侧向混合的影响。从总体上看，黄海受到来自大气和海洋两方面长期变化的影响，其中大气的影响更为显著，今后黄海水温整体水平长期变化的研究应着重从大气强迫的角度进行。通过敏感性模拟和分析，证明黄海暖流是局地季风驱动的正压补偿流。黄海暖流的变化与对马暖流没有直接的关系，不是黑潮分支。暖水和暖流都是对季风系统的响应，但前者主要受海面热通量变化影响，后者是受风应力变化影响。两者的年际变化是解耦的。季风强的年份，黄海暖流强，整体水温偏低。黄海暖流路径受到冬季风纬向分量的影响有很大年际变化，推测其与东亚大槽的偏折存在联系。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 0 引言
• 0.1 研究意义
• 0.1.1 海洋水温长期变化的影响和反馈
• 0.1.2 区域海对大尺度气候变化的响应
• 0.1.3 研究黄海水温长期变化的意义
• 0.2 研究现状
• 0.2.1 黄海水温变化研究
• 0.2.2 影响水温的大气环流系统研究
• 0.2.3 影响水温的黄海环流与水团研究
• 0.3 研究内容与技术路线
• 1 模式配置与校验
• 1.1 模式介绍与配置
• 1.1.1 模式介绍
• 1.1.2 控制方程
• 1.1.3 模式配置
• 1.2 模式校验
• 1.2.1 全球模式校验
• 1.2.2 区域模式校验
• 1.3 小结
• 附图
• 2 温度的季节变化
• 2.1 引言
• 2.2 模式结果分析
• 2.2.1 水温季节变化特征
• 2.2.2 热含量季节变化特征
• 2.2.3 水温季节变化主控因素
• 2.3 小结
• 附图
• 3 温度的年际与年代变化
• 3.1 引言
• 3.2 判断气候跃迁的循序算法
• 3.3 水温变化特征
• 3.3.1 冬季
• 3.3.2 夏季
• 3.4 冬季水温变化的机制分析
• 3.4.1 海气热输送与侧向热输送对热含量变化的相对贡献
• 3.4.2 气候系统对海气热输送的影响
• 3.5 夏季水温变化的机制分析
• 3.5.1 海气热输送与侧向热输送对热含量变化的相对贡献
• 3.5.2 气候系统对海气热输送的影响
• 3.6 讨论与小结
• 附图
• 4 黄海暖流形成机制与年际变化
• 4.1 引言
• 4.1.1 研究现状及意义
• 4.1.2 敏感性实验
• 4.2 结果分析
• 4.2.1 季节变化
• 4.2.2 年际变化
• 4.3 小结
• 附图
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 论文创新点
• 5.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简介
• 发表的学术论文