太平洋有效重力位能及年代际变化成因初探

发布时间：2020-04-11 16:26

【摘要】： 根据有效重力位能的最新算法,利用WOA98和SODA1.4.2资料计算了太平洋各区域的有效重力位能,分析了其季节、年际和年代际变化特征,并进一步分析了各时间尺度上不同区域有效重力位能的变化的可能原因。在此基础之上,结合数值模式和已有理论,初步探讨了热带太平洋年代际变化的原因。 利用WOA98计算的太平洋(所研究区域)的有效重力位能,仅占太平洋总位能的不到万分之一。另外,热带太平洋的有效重力位能密度要大于中纬度洋区的有效重力位能密度。从中尺度有效重力位能的计算结果来看,太平洋的有效重力位能高值区主要集中在黑潮延伸体以及南、北赤道流和南、北赤道逆流附近,在这些区域,较强的流速剪切或强的密度锋可能是导致局地有效重力位能偏大的原因。 结合SODA资料计算并分析了太平洋有效重力位能的变化特征。北太平洋的有效重力位能与南太平洋有效重力位能的季节变化规律相反。这主要是受太阳直射点的迁移所引起的海表净热通量的季节变化所导致的。热带太平洋的有效重力位能季节变化规律与南太平洋的变化规律比较相似,这应该是由于南赤道流跨越赤道,热带地区有较多的南太平洋季节变化信号造成的。太平洋(整体)有效重力位能与PDO指数在年际和年代际尺度上都有较好的反位相关系,这一特征与热带太平洋有效重力位能的特征是一致的。研究还发现热带太平洋有效重力位能的年际变化与Nino3.4指数也有较好的反位相关系。ENSO现象与太平洋有效重力位能的年际变化有着非常密切的关系。着眼于20世纪70年代末期的太平洋“冷暖”位相调整,太平洋(整体)有效重力位能和热带太平洋有效重力位能均表现为位相调整之后的均值要低于之前的。但北太平洋却表现为位相调整之后的均值要大于之前的均值,这一规律与热带地区的变化规律完全相反。 在热带太平洋,1977年前后,热带太平洋的温跃层发生了年代际调整,温跃层“西深东浅”的趋势减弱;另外,热带太平洋次表层海温降低和上层海水增温也加强了该区域的层结稳定性。这些变化会导致热带太平洋整体的重力稳定度加强,因此有效重力位能减少。在北太平洋,1977年的气候跃迁发生后,海温发生了大面积的负异常,垂向从表层到500米的深度上均表现为异常变冷。这会导致上层海水增密,使得重力不稳定性加强,有效重力位能增大。从太平洋整体来看,1977年以后的平均重心位置要低于之前的平均重心位置。重心变低则可能意味着更多的较重的海水移向大洋深处,或者上层海水变轻,意味着海洋的稳定性加强,因此有效重力位能减少。风场、温跃层、温度结构、重心等的变化是导致各区域有效重力位能年代际变化的可能原因。 热带太平洋受北太平洋海气耦合的影响较小,SST和有效重力位能的结果均证实了这一点。结合潜沉水质点的轨迹图可以发现,北太平洋混合层底部的水质点很难到达赤道海域,而南太平洋混合层底部的水质点则可以较为畅通的进入赤道海域。从1971年左右,随着海温异常在南太平洋的传播,有效位能的高值区的位置也随之发生变化。从南太平洋副热带的东部开始,在大约200m的深度上,可以发现有效重力位能地高值区从南太平洋副热带的东部向热带西太平洋传播,并在1977年左右到达170°E,2°S的海域并进入赤道潜流区。这一结果从能量角度验证了Giese等人提出的南太平洋影响赤道太平洋的的观点。 本文工作的创新点为结合海洋模式同化资料,计算了太平洋各区域有效重力位能的变化特征,并初步分析了导致有效重力位能各时间尺度不同区域的变化原因。结合数值实验、水质点运动轨迹追踪方法研究了南、北太平洋对热带太平洋年代际变化的贡献,并从能量角度对已有的学说进行了验证。
【图文】：

图 0-1：大洋环流能量平衡图（引自 黄瑞新，，1999：论大洋环流的能量平衡. 大气科学, 第22 卷, pp563 图 1）ρρρ + ρρ + ρ物理态 参考态

图 0-3： 150°E北太上 900m的位势密度剖面 单位：kg/m3图0-4： 水体受到冷却作用后表面密度增加，整体体积收缩示意图注1） 如果在Boussinesq近似下，A到B的体积不变，相当于质量增加，重力位能增加注2） 状态B层结不稳定，稍稍受到扰动即释放出重力位能ρ + ρρρAB
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：P738.2

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本文编号：2623791