赤道海洋Kelvin波对外强迫风场的响应

采用无界理想海洋线性扰动模型,对赤道海洋Kelvin波在纬向风场异常强迫下的响应即强迫赤道海洋Kelvin波的异常做了解析求解,主要结果如下:该强迫赤道海洋Kelvin波的频率、波长和波速都与外强迫风场的相同,在赤道纬向流振幅最大并随纬度增加衰减,该风场越强,该强迫赤道海洋Kelvin波也越强,两者呈正比关系。当该风场频率和范围确定后,则该强迫赤道海洋Kelvin波被限制在一定平均水深范围内;该风场的频率越高、纬向波长越长、随纬度增加衰减越小,则该水深就越大。在所取参数下,该风场异常与该强迫赤道海洋Kelvin波流场异常的位相基本相同。在西风强迫下有东向流,反之亦然;强迫赤道海洋Kelvin波的流场与位势场则完全同位相,东向流对应于正位势,反之亦然,这也是经典Kelvin波的配置。该强迫赤道海洋Kelvin波与经典Kelvin波的不同在于:前者是频散的强迫波动,并被限制在一定水深中;后者是自由波动。将该强迫Kelvin波的解析解与热带印度洋和太平洋的实况以及诊断进行对比后知,两者总体看来一致,实际热带大洋中该强迫赤道海洋Kelvin波应确实存在。     

两次非典型厄尔尼诺期间热带太平洋主流系和赤道行星波研究

两次非典型厄尔尼诺事件发生期间,Walker环流中的西太平洋部分显着减弱,Hadley环流中的东太平洋部分显着增强.西太平洋距平西风应力增强向东伸展;东太平洋距平北风应力增强向南伸展.西太平洋暖池的能量可以两种方式向东传播:赤道Kelvin波温跃层模态和流速模态.温跃层模态向东输送的总能量大于流速模态向东输送的总能量.1982～1983年厄尔尼诺事件中,赤道Kelvin波温跃层模态起主要作用,赤道潜流减弱;1986～1987年厄尔尼诺事件中,赤道Kelvin波流速模态起主要作用,赤道潜流增强.厄尔尼诺事件期间,赤道潜流消失、反向现象是一种局地性海洋响应,这种现象不伴随赤道Kelvin波向东传播.     

热带太平洋上层洋流异常的复EOF分析

采用复EOF分析方法,对全年热带太平洋海域的上层洋流异常做了统计动力诊断,主要结论有:热带太平洋上层洋流异常复EOF分解第一、二模态的空间场均为赤道所俘获,并在赤道南北方向均呈迅速衰减的态势,其表现为赤道陷波的形式。第一、二模态时间系数为复数,其辐角均集中在两个状态,其模则表示了流场异常的大小。该时间系数均有年际变化和年代际变化,其年际变化的周期均与ENSO相同;在冬季,其年代际变化周期分别与北太平洋主要气候模态PDO和NPGO,以及热带外北太平洋流场异常复EOF分解前两模态的周期相同或相近,这反映了热带与中纬度各大气、海洋系统之间的相互耦合。由各模态流场异常可得相应的垂直运动异常,从而可估计SSTA的动力变化;第一模态在赤道东、西太平洋处呈现东西向的跷跷板变化;第二模态则在西太平洋赤道上以及其北侧的西太平洋暖池处,呈现南北向的跷跷板变化。第一模态的性质为海洋赤道Kelvin波的异常,可称之为ENSO的主要模态;第二模态的性质为海洋混合Rossby-重力惯性波的异常,可称之为ENSO的次要模态。     

气侯平均风场作用下热带太平洋主流系和赤道行星波研究

将两层约化重力原始流体动力方程耦合气候月平均风场,数值计算流场基本能够正确反映热带太平洋上层主流系和温跃层的空间分布和季节变化．在气候平均条件下,东太平洋125°W附近经向风应力可激发出高阶混合Rossby重力波．海洋高阶赤道Kelvin波流速模态可从西太平洋边界传播到东太平洋边界,而高阶赤道Kelvin波温跃层模态从西太平洋边界东传后,在中太平洋受到高阶混合Rossby重力波诱发的西传温跃层扰动的阻挡．     

热带太平洋对风应力异常响应的数值试验

本文在建立了一个含约化重力及包括海表温度变化的正压非线性海洋模式的基础上,模拟了在年平均风应力作用下,海表温度及海流场的年平均状况,并做了热带太平洋对风应力突然加强的响应试验.西风增加区域分6.8°N～6.8°S间的整个赤道太平洋和西赤道太平洋二种情况.在这二种情况下,都能产生东太平洋的正海温距平和西太平洋的负海温距平,且正海温距平向东移动,与实际的EI Nino现象相似,并就海洋中Kelvin波和Rossby波的传播作了一些讨论. 此外,本文还试验了减弱的赤道太平洋东风恢复正常后,El Nino的衰减过程.结果表明,模式模拟的EI Nino衰减过程与观测到的现象比较类似.     

赤道Kelvin波与El Nio事件

本文拟从赤道波导作用这一侧面探讨E1 Ni(?)o(厄尔尼诺)事件发生的机制。通过求解运动方程,得到赤道Kelvin(开尔文)波动解。假定运动过程绝热,如考虑平流输送作用,可给出亦道Kelvin波引起E1 Ni(?)o事件发生前期亦道中、东太平洋SST的局地变化和海洋上层热含量变化的定性解析表达式。表达式表明SST异常及上层热含量的变化均随赤道Kelvin波向东传播。利用赤道Kelvin波还可解释1982—1983年E1 Ni(?)o事件前期风场异常的作用,前期(?)(SST)/(?)t为正时SST异常的时,空分布以及(?)(SST)/(?)t为正时SST异常之所以自西向东传播的原因。因此,有理由认为亦道Kelvin波可能是激发更E1 Ni(?)o事件发生的一种机制。     

北太平洋风应力与流场联合EOF的主模态分析

采用了SODA资料,将海面风应力场与大洋各层流场看作一个整体做了赤道外北太平洋风应力和流场异常的联合EOF分析,此时风应力场与各层流场有相同的时间系数,这样就可揭示海气耦合的结构和演变,这是该方法的特点和优点。得到的主要结论有:诊断得到的主模态的风应力异常体现了北太平洋大气活动中心的异常,两者关系密切;在冬、春、秋三季均表征为阿留申低压的异常,在夏季则表征为副热带高压的异常。该主模态的风应力和流场异常均是PDO模态在其上的体现,且前者处海气相互作用中矛盾的主要方面,后者处次要方面,前者起着主动作用,后者则处被动状态。主模态在四季均有明显的年际变化和年代际变化;对北太平洋风场和上层流场而言,年际变化反映了ENSO的影响,而约20a的年代际变化则反映了太平洋年代际振荡(PDO)的影响。主模态中北太平洋海盆尺度的风应力异常、大洋环流异常和上层海温的动力异常这三者具有紧密的联系,这三者的连锁作用则造成了北太平洋SSTA的PDO模态;而在此大洋环流异常则起着关键中介作用。主模态的风应力异常与黑潮系统流场的异常有紧密联系;对于明显的正(负)异常,冬、夏两季135°E以东的黑潮都偏强(弱),黑潮续流则偏弱(强);对于黑潮以南的回流涡旋,冬季则偏强(弱),夏季则偏弱(强);而ENSO和PDO对黑潮流场系统的异常均有明显影响。     

热带太平洋5月份海气联合动力统计诊断

利用复EOF分析,将热带太平洋5月份的大气风场和海洋上层流场看作1个整体,对其作了动力统计诊断,用以揭示热带太平洋5月份大气、海洋环流异常与长江流域梅雨丰欠的关系并考察其年际和年代际变化.诊断结果表明:在同一EOF模态中,大气部分和海洋部分的结构有很大不同,海洋模态表现出较强的赤道陷波特征;在南、北纬5°之外,海洋流场已大幅衰减掉了,而大气风场该现象不明显.EOF第1模态模的时间系数振幅从1994年起增大趋势明显,这表明气候变化剧烈程度在加大;前2个EOF模态的时间系数均具有明显的年际和年代际变化.EOF第1模态为长江流域梅雨丰欠异常模态,大气存在经圈环流异常.EOF第2模态为ENSO模态,大气存在纬圈环流异常.黑潮因处5°N以北,已离开赤道,故其流速虽大,但流场偏差则很小,即其流速异常不明显.     

赤道大洋驻波异常及其年际变化的理论分析

本文采用赤道β平面近似下的线性化正压扰动方程组,引入约化重力加速度后,得到了赤道驻波异常的解析解,给出了此解的计算结果,并与实际热带太平洋和印度洋流场异常复EOF分析的模态做了比较,得到以下主要结论:赤道驻波异常的模态1,其流场异常在整个大洋为半波,呈一致的纬向流;流场异常在热带大洋中部最大,并向赤道南北两侧迅速衰减,...     

赤道外北太平洋冬夏海温场的EOF分析

利用较高分辨率的SODA资料,对赤道外北太平洋海洋上层各层的海温,特别是对中纬度北太平洋海温明显异常的海域(其被定义为关键区)做了海温的EOF分析,得到以下结论:北太平洋第一模态空间场上,冬、夏在中纬度北太平洋中西部均有较强正值带出现。在关键区第一模态空间场上,冬、夏两季近表层在日本本州岛的东、西面海域均分别有较强正值区,而次表层则仅存前者;这表明近表层海温(前者)受辐射、蒸发等影响明显,而次表层海温(后者)则其主要受流场垂直运动的影响,前者属海温的热力变化而后者则属海温的动力变化,两者性质不同。北太平洋和关键区的第一模态冬、夏海温变化的趋势均相近,两者在年尺度上均有持续性;两者的年际变化冬、夏均不明显,但均有明显的约20年的年代际变化;两者时间系数的演变均与太平洋年代际振荡(PDO)中的冷、暖位相期有较好的对应;这两个模态均可称为PDO模态。     

1986—1987年El Ni■o事件前后西太平洋热带海域的上层热力结构

本文采用本所“实验3”号1985—1987年冬季在西太平洋热带海域考察的CTD资料,分析了1986—1987年E1 Ni(?)o事件前后西太平洋热带海域上层热力结构的时、空分布及演变特征。结果表明,该事件发生前的冬季,沿13°N,在124.5°—137°E存在海洋Rcssby波扰动,海洋上层热含量很丰富。该事件初期,沿5°N,在127°—135°E一带,有海洋赤道Kelvin波动。此时南、北赤道流均较弱。事件后期,海洋赤道Kelvin波扰动不明显,但南赤道流较强,且范围向北伸展。1986年10—12月,表征E1 Ni(?)o事件的上层热力结构首先在西太平洋海域出现,然后东传。1987年10—11月,表征非E1 Ni■o事件的上层热力结构率先在西太平洋热带海域西边界恢复。     

春季赤道外北太平洋上层流场异常的统计动力诊断

采用复EOF分析方法,对春季赤道外的北太平洋海域的上层流场异常做了统计动力诊断,得到以下主要结论:赤道外北太平洋海域上层流场的明显异常主要发生在日本本州岛以东、以南范围不大的关键区内;异常的第一、二模态分别表现为东东北至西西南走向的涡旋偶和涡旋列。该两模态时间系数的辐角均分别有两个状态,相应的偏差流场则分别与其空间场相同或相反;其模的大小决定了其偏差流场偏离以上两个状态的程度;该两模态的时间系数均有非常明显的20年左右的年代际变化。该两模态均反映了黑潮延伸体以南回流漩涡的异常;其性质是海洋Rossby波的异常。     

黑潮末端与黑潮延伸体的流场异常模态分析

对北太平洋黑潮末端及黑潮延伸体的流场异常采用复EOF分析,结果发现:该海域流场明显异常在全年四季都主要发生在黑潮末端和黑潮延伸体上,其异常的主要形式在前2个模态均表现为一条由中尺度涡旋组成的涡旋带,带上通常有两两旋转方向相反的涡旋偶。各季第一模态方差贡献表现的季节变化特征与日本以南的黑潮流量相一致,秋季最大,夏季次之。ENSO的机制是副热带太平洋经圈环流与热带太平洋纬向环流系统之间的相互作用,其在各季第一模态的年际变化上均有所反映。冬季PDO在年代际变化上表现明显,其他三季则NPGO表现明显。该海域流场异常的性质是海洋Rossby波的异常,而赤道太平洋流场异常的性质是赤道俘获波的异常,但两者均与风应力异常强迫有关。     

太平洋中的主要起伏模态（英文）

对海洋中起伏运动(heaving)信号的时空分布研究能够帮助我们更好地了解气候系统中的年际和年代际变率。文章通过再分析资料和模式对太平洋区域的heaving主要模态进行了研究。研究结果表明:太平洋区域主要存在两种heaving模态:第一模态主要表现为赤道东西两侧的温跃层异常信号反位相;第二模态表现为赤道区域和副热带区域的温跃层异常信号呈现反位相变化的规律。本文对这两个主要heaving模态所涉及的物理过程进行详细讨论,结果表明:东西反位相模态主要是受赤道波动调节的结果;而经向结构模态则主要是由赤道地区的波动和副热带区域的风应力旋度异常作用共同导致。此外,我们还讨论了heaving模态可以通过海洋波动以及Ekman输送等过程对海盆尺度的热输送(振幅约为5×10~(14)W)以及海洋热含量(振幅约为1.5×10~(20)J)的再分配起到了关键的调制作用,进一步表明heaving模态对全球气候变化有着重要的作用。     

太平洋中的主要起伏模态

对海洋中起伏运动(heaving)信号的时空分布研究能够帮助我们更好地了解气候系统中的年际和年代际变率。文章通过再分析资料和模式对太平洋区域的heaving主要模态进行了研究。研究结果表明: 太平洋区域主要存在两种heaving模态: 第一模态主要表现为赤道东西两侧的温跃层异常信号反位相; 第二模态表现为赤道区域和副热带区域的温跃层异常信号呈现反位相变化的规律。本文对这两个主要heaving模态所涉及的物理过程进行详细讨论, 结果表明: 东西反位相模态主要是受赤道波动调节的结果; 而经向结构模态则主要是由赤道地区的波动和副热带区域的风应力旋度异常作用共同导致。此外, 我们还讨论了heaving模态可以通过海洋波动以及Ekman输送等过程对海盆尺度的热输送(振幅约为5×10¹⁴W)以及海洋热含量(振幅约为1.5×10²⁰J)的再分配起到了关键的调制作用, 进一步表明heaving模态对全球气候变化有着重要的作用。     

一种改进的HYCOM模式垂向坐标分层方法和模拟试验

针对22层的HYCOM海洋模式的不足,本文根据北太平洋位势密度的时空分布特征,建立了一种28层的垂向分层方法,并比较了28层HYCOM模式与22层HYCOM模式在积分过程中能量的变化,以及表层流场和赤道断面流系的模拟效果。结果显示:在模式积分过程中,本文采用的28层垂向坐标模式比传统22层模式对强迫场的响应更快,对动能的摄入更大,并且更加容易达到稳定状态;对于流场的刻画,28层模式对赤道表层流系和赤道潜流相比22层模式有明显改进。     

基于Argo轨迹资料反演热带太平洋中层流场条带状结构特征

利用Argo浮标的轨迹资料估算热带太平洋中层纬向流场的条带状结构以及其变化特征。相较于传统温盐地转流算法,基于Argo轨迹资料的反演算法的优势在于不受零参考面的选取以及赤道地转平衡失效的局限。结果表明:在赤道太平洋海域,中层(1000dbar)纬向流场在南北半球都具有条带状分布,强流分布在赤道附近海域;在远离赤道海域,北半球(9°N、13°N、18°N)有相对赤道较弱的东向流动,而南半球东向流动相对更弱,没有同北半球一样明显的东向急流。此外,热带太平洋中层流场的时间变化特征较为复杂:近赤道流的变化以季节尺度为主,而远离赤道的流则逐渐演变为多时间尺度下的变化,海洋Rossby波的调整起到主导作用。     

西太平洋暖池形成与维持的动力学机制

建立了一个简单海气耦合模式,其中大气垂直分为两层,为-β平面近似线性模式。在非绝热加热项中包含了对流凝结潜热与大尺度流场之间相互作用的CISK机制以及蒸发、感热与扰动风场之间的反馈机制,并考虑了平均东风区和西风区的不同。由于只研究大气的平均纬向运动,故模式大气中仅含有Kelvin波。海洋模式为一约化重力模式,在一定条件下采用准地转近似,模式海洋中仅保留了Rossby波。对这一海气耦合模式进行特征波动分析,发现海气耦合并不显著改变大气波动的性质。在中东太平洋的平均东风区,大气的Kelvin波仍然增幅和东传。在平均西风区,大气Kelvin波振幅衰减。但耦合作用却使海洋Rossby波的性质发生变化,且波长超过某一临界波长Le的Rossby波的振幅增长。在平均东风区,结论相论。这一理论说明西太平洋暖池的形成与海洋Rossby波有关。在东太平洋,由于是平均东风区,短的Ross-by波振幅增长,不能形成水平尺度很大的“暖池”。而在平均西风的西太平洋区,有可能形成水平尺度很大的“暖池”。     

气候平均风场作用下热带太平洋主流系和赤道行星波研究

将两层约化重力原始流体动力方程耦合气候月平均风场,数值计算流场基本能够正反反映带太平洋上层主流系和温跃层的空间分布和季节变化,在气候平均条件下,东太平洋１２５°Ｗ附近经向风应力可激发出高阶混合Ｒｏｓｓｂｙ重力波,海洋高阶赤道Ｋｅｌｖｉｎ波流速模态可从西太平洋边界传播到东太平洋边界,而高阶赤道Ｋｅｌｖｉｎ波温跃层模态从西太平洋边界东传后,在中太平洋肥到高阶混合Ｒｏｓｓｂｙ重力波诱发的西传温跃层扰动的     

赤道行星波对西赤道太平洋暖池热传播的作用

利用热带海洋和全球大气试验(TOGA)期间(1980～1996年)热带大气海洋观测阵(TAO)的长期浮标资料,分析了赤道行星波对西赤道太平洋暖池热传播的作用。结果表明,西赤道太平洋暖池纬向热传播主要出现在次表层水体中,并沿温跃层向东传播;而向西传播的季节热结构变化主要出现在中、西赤道太平洋的混合层中;驻波型传播在西赤道太平洋主要出现于温跃层,在中赤道太平洋主要出现于混合层和温跃层,在东赤道太平洋主要出现于混合层。在平均条件下,赤道太平洋上层水温纬向热传播信号以驻波型和东传型较强,西传型较弱。赤道Kelvin波压力分量贯穿西、东赤道太平洋并向东输送暖池热能,纬向流分量的热输送主要出现在西赤道太平洋;Rossby波压力分量的热输送主要出现在东、中赤道太平洋;混合Rossby重力波激发纬向流的热输送作用比相应温跃层扰动强。在平均条件下,赤道太平洋上层水温的驻波型变化制约了西赤道太平洋暖池热量的持续向东输送,因此形成了赤道太平洋水温的正常季节变化形态。当水温的驻波型变化减弱而东传型变化加强时,随后将形成厄尔尼诺现象。