二十世纪全球海洋潜沉率和浮露率的变化趋势及其机制

发布时间：2020-11-06 08:32

　　 潜沉过程和浮露过程是海洋表层水体与海洋次表层水体交换的主要途径，它们并称为通风过程。潜沉过程可以将海洋上混合层水体输运至主温跃层，相反浮露过程可以将海洋主温跃层中的水体输运至上混合层。在海气相互作用系统中，通风过程起到了联系大气活动和海洋次表层水体性质变异的桥梁作用，与此同时也对海洋的动力学过程和热力学过程都有重要影响。尤其是在全球变暖的背景下，潜沉率和浮露率的年际变化特征，年代际变化特征以及其对气候系统的响应过程逐渐受到广泛的重视和关注。 基于日渐丰富的海洋观测资料和日趋成熟的气候数值模式结果，前人已经开展了大量的研究工作证明通风过程具有明显的年际变化特征和年代际变化特征，并证明潜沉率和浮露率的演化过程与全球变暖的背景息息相关。然而长期以来，在全球变暖的影响下，对海洋中的潜沉过程和浮露过程的趋势性变化尚缺乏深入系统的研究，其演化过程的诱因和机制也有待进一步的探索。 本文围绕潜沉率和浮露率在全球变暖背景下的变化趋势及其机制这一关键科学问题，基于SODA海洋再分析同化资料和20Crv2大气再分析资料，采用拉格朗日坐标系下水质点轨迹追踪方案，逐年计算得到1900-2007年的全球年平均潜沉率和1901-2008年的全球年平均浮露率。首先我们通过整合在各个大洋的数据计算结果，站在全球的角度上揭示了潜沉率和浮露率在全球变暖的条件下的变化趋势及其机制。随后我们逐个分析了各个大洋中，整个海盆的潜沉率和浮露率在全球变暖的条件下的变化趋势及其机制。作为潜沉过程中最重要的产物——模态水，它对海洋和大气也具有不可忽视的热力学影响和热力学影响。因此我们进一步定量的分析了各个大洋中模态水的生成量，即其生成区的潜沉率的长期变化趋势及其机制。 根据潜沉率和浮露率的计算方案，构成潜沉率和浮露率的因素包含垂向抽吸项和平流项。其中影响垂向抽吸项的主导因素是风应力旋度引起的埃克曼抽吸率，而影响平流项的因素有冬季混合层的分布形态和背景流场的变化。为了定量的分析潜沉率和浮露率的趋势性变化，我们通过配合等位势密面上位势涡度分布形态，海面风应力旋度造成的埃克曼抽吸率的变异，海洋上层流场的变异，混合层厚度的分布形态及其变异和一个混合层厚度诊断方程，进一步分析了各个大洋中造成潜沉率和浮露率的趋势性变化的诱因。 通过定量的分析表明，全球的潜沉率呈现出显著的增强趋势，其中平流项的贡献和垂向抽吸项的贡献均呈现出显著的增强，其中垂向抽吸项的增强趋势是全球潜沉率增强的主导因素。从各个海域来看，南太平洋，南大西洋，印度洋，赤道海域的潜沉率均呈现出显著的增强趋势，而北太平洋和北大西洋的变化趋势并不显著。在南太平洋的潜沉率的增长过程中，与垂向抽吸项的贡献相比，平流项的贡献更大一些。平流项和垂向抽吸项对南大西洋和印度洋的潜沉率的增强过程所做出的贡献基本是相同的。对逐个海盆的模态水生成量的定量分析表明，在全球变暖的条件下，各个海域的模态水却分别呈现出不同的响应过程，其增长和减弱的机制亦有不用的主导因素。尤其是北太平洋潜沉率无显著的趋势性变化，但其副热带模态水和中部模态水却分别呈现出显著的减弱趋势和增强趋势。 与全球的潜沉率变化趋势相一致，全球的浮露率也呈现出显著的增强趋势，其中平流项的贡献和垂向抽吸项的贡献均呈现出显著的增强趋势，与潜沉率的变化趋势不同的是平流项增长量的贡献略大于垂向抽吸项的贡献。北太平洋，南太平洋和南大西洋在垂向抽吸项和平流项的共同作用下，浮露率呈现出显著的增长的趋势，与垂向抽吸项相比，平流项的贡献更大一些。平流项和垂向抽吸项对印度洋的浮露率所呈现出显著增长的趋势的贡献基本是相同的。在南大西洋，浮露率显著增长的趋势的主导因素是垂向抽吸项的贡献。在赤道海域，尽管平流项呈现微弱的减弱趋势，但是垂向抽吸项的增强趋势主导了赤道海域的浮露过程的增强趋势。
【学位单位】：中国海洋大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2012
【中图分类】：P731
【部分图文】：

图 2-1 潜沉过程示意图。红线表示混合层底部，水质点在时释放于蓝色星号位置，经过一年的时间 T，水质点在时刻 t2置。hm(t1) 是水质点在时刻 t1时的混合层深度，hm(t2)是水质合层深度，黄线代表平流项对潜沉率的贡献（hm(t1)- hm(t2)）项对潜沉率的贡献。Figure 2-1. A schematic diagram of the subduction process. Themixed layer base, and the water particle is released in the blue stat t2. hm(t1) is the mixed layer depth of the particle at t1, hm(t2) isof the particle at t2, the yellow line is the contribution of lateral ihm(t2)) to the subduction and the green line is the contribution ofthe subduction.

图 2-2 浮露过程示意图。红线表示混合层底部，水质点在时放于蓝色星号位置，经过一年的时间T，水质点在时刻t2被输hm(t1) 是水质点在时刻t1时的混合层深度，hm(t2)是水质点在度，黄线代表平流项对浮露率的贡献（hm(t1)- hm(t2)），绿线露率的贡献。Figure 3. A schematic diagram of the obduction process. Thmixed layer base, and the water particle is released in the blue at t2. hm(t1) is the mixed layer depth of the particle at t1, hm(t2) isof the particle at t2, the yellow line is the contribution of lathm(t2)) to the subduction and the green line is the contribution the obduction.

本小节附图图3-1-1 全球晚冬混合层厚度气候态分布，混合层底定义为位势密度超过海洋表面位势密度0.125 kg·m-3，北半球晚冬为3月，南半球晚冬为10月，单位是 m。Figure 3-1-1. (a) Climatological winter mixed layer depths in m (color shade) derivedfrom SODA.
【参考文献】

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本文编号：2872904