北太平洋低纬度西边界流的时空特征及其与ENSO循环的联系

论文摘要

北太平洋低纬度西边界流在世界大洋经向质量、热量和盐量输运中起着重要的作用。它连接着北太平洋热带环流和北太平洋副热带环流。因此,对由北赤道流（NEC）、黑潮（KC）和棉兰老流（MC）共同组成的NMK系统进行研究,具有重要的理论和实际应用价值。本文利用高分辨率的长时间序列海洋模式资料OFES（OGCM for the Earth Simulator）,对北太平洋低纬度西边界流的时空分布特征及其与ENSO循环的联系进行了分析,探讨了ENSO循环对NMK系统进行影响的物理机制,反应过程以及在不同ENSO位相时期的不同特征。主要成果如下:1、通过与卫星高度计融合资料以及与实测资料的对比,我们可以得出这样的结论,涡解高分辨率的OFES模式数据结果可以很好地刻画NMK流系三维空间结构的分布特征;黑潮源区涡结构的变化,MUC、LUC及NEC下的东向流也得到了较好的刻画;其空间结构与实测结果相吻合。2、北太平洋低纬度西边界流具有明显的季节和年际变化特征。在季节尺度上,整个NMK系统都表现为春强秋弱,而在年际尺度上,NEC和KC主要为2-7年的ENSO周期;MC主要表现为准两年周期振荡。另外,整个NMK系统与ENSO循环密切相关,当El Ni?o发生时,NMK系统流量增大,流系加强,而当La Ni?a发生时,NMK系统流量减小,流系变弱。ENSO对NEC和KC的流量变化影响较大,而对MC影响则相对较小。而KC与MC流量分配率之间为强的负相关关系,其年际异常变化与冷、暖ENSO事件发生密切相关,当El Ni?o发生时,KC流量分配率减少,MC流量分配率增加;La Ni?a年情况则刚好相反。同时,NEC分叉纬度也具有类似的季节和年际变化规律。在季节尺度上,分叉位置春季偏南,秋季偏北,并且分叉纬度随深度的增加向北移动,其北移幅度冬季最大,夏季最小。而在年际变化尺度上,El Ni?o年分叉位置偏北,La Ni?a年分叉位置偏南。NBL变化落后Ni?o 3.4指数4-6个季节。引起NEC分叉纬度的这种变化与北太平洋的纬向风应力旋度零线位置密切相关,零线的南北偏移导致了分叉位置的改变,在不同深度上,零线位置对分叉纬度改变的影响时间不一样,在季节尺度上,表层需1个月,而500m深度则需4个月左右。3、ENSO循环对NMK系统的线性影响主要是通过由ENSO事件所引起的海温异常以及相应的大气场遥相关反应来实现的。在ENSO暖位相期间,赤道中东太平洋海温升高,正的SST异常随着ENSO事件的逐渐演变,逐渐向北扩展。同时,在北太平洋副热带环流圈的北太平洋流海域出现海温负异常,北太平洋中纬度地区海温梯度逐渐增大,引起北太平洋流海域西风异常,导致北太平洋流增强,异常的西风与副热带环流圈海流方向一致,随加利福尼亚流在东边界转为北风异常,导致加利福尼亚流也出现增强,并最终经副热带环流圈在北赤道流形成源头区演化为东风异常。异常的东风与北赤道流方向一致,使得北赤道流流速加快,流量增加,由于北赤道流与黑潮,棉兰老流成正相关关系,所以整个NMK系统也随之加强,北赤道流分叉纬度偏北。而在ENSO冷位相期间,情况则正好相反。4、ENSO循环对NMK系统的非线性影响主要是通过局地作用来实现。整个NMK系统在ENSO不同位相具有明显的非线性不对称性。ENSO暖位相期间NMK系统的流量增大值远大于冷位相期间流量的减小值。而分叉纬度也有类似变化。同时,在MC断面上,由于受分叉位置在ENSO循环期间不对称的影响,以及分叉位置对流量的影响,导致在La Ni?a期间并没有很明显的减小趋势,而KC断面上的流量以及流速异常则非常明显。太平洋SST也具有相对应的非线性不对称性。在ENSO暖位相期间,太平洋海温暖异常主要位于中东太平洋,而在ENSO冷位相期间,冷异常则主要位于赤道中太平洋。通过对不同时间长度的数据进行分析,可以发现,这种非线性不对称性在近50年来有加剧的态势。SST通过海表面风应力的变化来对NMK系统进行影响。太平洋纬向风应力在ENSO期间也具有不对称性。其表现为,在ENSO暖位相期间,赤道中太平洋出现正的纬向风应力异常,在西边界,形成反气旋式的大气环流异常。而在ENSO冷位相期间,负的纬向风应力异常则会向西边界移动,这就抑制了ENSO冷位相期间原本应该出现的气旋式大气环流异常。导致NMK系统流量减小幅度降低,NBL南移幅度也相应减小。这在非线性第三主模态中有较好的反应。同时,风应力旋度场也存在类似的情况,其结果是导致ENSO不同位相下对NMK系统的不同影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 北太平洋低纬度西边界流系的结构特征
• 1.2.2 热带太平洋西边界流系水体输运
• 1.2.3 NEC 的分叉位置及其动力机制
• 1.2.4 热带西太平洋流系的演变及其与ENSO 的关系
• 1.2.5 热带太平洋西边界流系中的水团特征
• 1.2.6 热带西太平洋流系在热带和亚热带水交换中的作用
• 1.2.7 影响热带太平洋西边界流系的主要因素
• 1.3 本论文拟讨论和研究的内容
• 1.4 本论文的结构
• 第二章 资料介绍
• 2.1 资料介绍
• 2.1.1 OFES 资料
• 2.1.2 NCEP/NCAR 再分析资料
• 2.1.3 FSU 再分析资料
• 2.1.4 ICOADS 资料
• 2.1.5 欧洲卫星中心（AVISO）卫星高度计资料
• 2.2 资料对比与验证
• 2.2.1 气候态资料对比验证
• 2.2.2 断面流速与实测资料对比验证
• 2.3 本章小结
• 第三章 NMK系统的时空分布特征
• 3.1 NMK 系统的水平和垂直流场分布
• 3.1.1 水平流场分布
• 3.1.2 垂直流场分布
• 3.2 NMK 系统的变化规律
• 3.2.1 流量变化规律
• 3.2.2 经向流量分配率（QKC，QMC）之间的关系
• 3.3 北赤道流分叉纬度（NBL）的变化规律
• 3.3.1 季节变化
• 3.3.2 年际变化
• 3.4 本章小结
• 第四章 影响NMK 系统年际变化的关键区
• 4.1 分析方法简介-ERSVD 分析
• 4.2 风场对NMK 系统影响作用的关键区及演变过程
• 4.3 海温异常对源头区带状异常风场形成的作用
• 4.4 本章小结
• 第五章 NMK系统与ENSO循环的非线性联系
• 5.1 非线性主模态分析方法简介
• 5.1.1 特征值的提取
• 5.1.2 非线性主模态的计算方法
• 5.2 NMK 系统的非线性主模态
• 5.2.1 NMK 系统非线性第一主模态
• 5.2.2 NMK 系统非线性第二主模态
• 5.3 ENSO 循环的非线性主模态
• 5.3.1 长时间序列的ENSO 非线性主模态
• 5.3.2 近50 年ENSO 非线性主模态
• 5.4 ENSO 循环所引起的风场非线性主模态及其对NMK 系统的影响
• 5.4.1 热带太平洋风场的第一非线性主模态
• 5.4.2 热带太平洋风场的第二非线性主模态
• 5.4.3 风场非线性主模态对NMK 系统的可能影响机制
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录 主要缩略语
• 致谢