热带太平洋年代际变化及其形成机制探讨

论文摘要

利用数据资料和数值模式,本文对热带太平洋的年代际变化及其形成机制进行了探讨。通过分析COADS资料、SODA资料、JEDAC的观测资料、HadISST1资料和ERSST资料中的海表面温度（SST）、海面气压（SLP）、海面风场和海洋上400m热含量,对太平洋特别是热带太平洋的年代际变化现象有了较深入的认识。在此基础上,使用海气耦合的数值模式模式——FOAM进行了一系列的数值实验,包括分别关闭北太平洋、热带太平洋和南太平洋的海气耦合过程的实验,以及分别在南、北太平洋加上SST强迫的实验,对热带太平洋年代际变化的主要形成机制进行了探讨。资料分析的结果表明热带太平洋年代际变化主要表现为太平洋年代际变化主导模态Pacific （inter）Decadal Oscillation（PDO）的一部分。PDO反映的是热带中东太平洋及北美沿岸与北太平洋中部SST位相相反的变化,其显著周期在四五十年左右。SLP和海面风场对PDO的响应主要发生在北太平洋阿留申低压区和热带太平洋,热带东太平洋和西太平洋的位相相反。除了PDO之外,热带太平洋SST还有另一种相对次要的变化,主要存在于中部海区,并且与太平洋30oN以北的变化位相一致,显著周期在10-15年之间。热带太平洋上400m热含量,在年代际尺度上东西部的变化位相相反。年代际变化不仅是SST的异常,它是海洋上层热量的调整,更是气候系统自身的调整。热带太平洋年代际变化的强度极其依赖于热带的海气耦合过程。通过大气的遥相关作用,热带的SST年代际变化可以影响到中纬度海区,引发同步的SST年代际变化。北太平洋的响应比南太平洋更为突出,形成一个中部与东部变化相反的空间分布。中纬的异常信号既可以通过海洋内部通道又可以海气之间的相互作用影响到热带太平洋。在实验结果中,海洋内部通道位于北太平洋和热带之间,但是不能到达赤道海区;连接南太平洋和热带的通道尚不能证明是否存在。海气之间的正反馈作用能够将中纬度的影响传递到赤道海区。南、北太平洋的海气耦合过程对中纬度异常信号在热带所能产生的影响具有非常重要的作用,能够明显加强中纬度通过海气相互作用和海洋内部通道对热带的影响程度,影响热带SST变化的时间和空间特征。相对而言,北太平洋对热带太平洋的影响要大于南太平洋。数值实验的总体结果更支持（热带）太平洋的年代际变化主要是由热带和中纬度的相互作用产生的。来自中纬度的年代际变化信号,经过热带海气耦合过程的放大和调整,变成具有一定时、空分布的异常模态;通过大气对热带SST变化的响应,年代际异常信号被引入中纬度,进而在当地海气耦合过程的作用下发展起来;中纬度的变化通过海气之间的正反馈作用和海洋内部通道反过来影响热带,一方面突出了赤道中西部的变化,另一方面使得热带SST异常向相反方向变化,最终形成一个完整的循环。在（热带）太平洋的年代际变化中,热带的海气耦合过程最为重要,中纬度的海洋内部通道和海气耦合过程的作用次之。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 前言
• 1.1 国内外研究现状回顾
• 1.1.1 热带太平洋年代际变化的主要特征
• 1.1.2 热带太平洋年代际变化的主要形成机制
• 1.2 本文拟解决的问题
• 1.3 本文研究的意义
• 2 太平洋年代际变化
• 2.1 所用资料介绍
• 2.1.1 COADS 资料
• 2.1.2 SODA 资料
• 2.1.3 JEDAC 观测资料
• 2.1.4 HadISST1 资料
• 2.1.5 ERSST 资料
• 2.2 资料的处理方法及结果
• 2.2.1 资料的处理
• 2.2.2 SST EOF 分解的结果
• 2.2.3 PDO 所对应的气候异常
• 2.2.4 上 400m 热含量 EOF 分解的结果
• 2.2.5 热带太平洋不同区域的长期变化
• 2.2.6 小结
• 3 模式介绍及模拟结果
• 3.1 数值模式介绍
• 3.1.1 FOAM 的历史
• 3.1.2 FOAM 的组成
• 3.2 FOAM 的模拟结果
• 3.2.1 年平均结果
• 3.2.2 太平洋年代际变化
• 3.2.3 小结
• 4 区域性海气耦合过程对热带太平洋年代际变化的影响
• 4.1 数值实验设置
• 4.2 数值实验结果
• 4.2.1 太平洋SST 变化的强度
• 4.2.2 SST 主要模态的对比
• 4.2.3 SLP 和海面风应力异常
• 4.2.4 热带和南、北太平洋850hPa 位势高度的长期变化
• 4.2.5 太平洋40－400m热含量年代际变化的强度
• 4.3 讨论
• 4.4 小结
• 5 中纬度海区对热带海区的作用
• 5.1 数值实验设置
• 5.2 中纬度（关闭耦合）强迫的结果
• 5.2.1 SSTD 和海面风应力的改变
• 5.2.2 海洋垂直方向的改变
• 5.3 中纬度（耦合）强迫的结果
• 5.3.1 SSTD 和海面风场改变的季节性变化
• 5.3.2 垂直方向的改变
• 5.4 小结
• 6 结论与展望
• 6.1 本文的结论
• 6.2 本文的创新点
• 6.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 发表的学术论文