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．     

用简单海气耦合模式研究西太平洋暖池的形成机制及其对大气扰动的影响——Ⅰ.简单海气耦合模式的建立(英文)

试图建立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,并考虑了东风区与西风区的不同。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,只保留了Ｒｏｓｓｂｙ波。对这一海气耦合模式进行特征波动分析,发现考虑海气耦合效应并不影响大气波动的性质,在东风区大气Ｋｅｌｖｉｎ波仍然增幅和东传;在西风区大气Ｋｅｌｖｉｎ波振幅衰减。但海气耦合效应却使得大气Ｋｅｌｖｉｎ波的传播速度减慢,周期增大。当考虑海气耦合效应时,海洋Ｒｏｓｓｂｙ波的稳定性质发生变化,由原来的中性波动变为非中性波动。在西风区,波数小于某临界波数的长Ｒｏｓｓｂｙ波振幅增大,而短的Ｒｏｓｓｂｙ波振幅衰减。在东风区结论相反。对海气耦合模式中波动的分析,为数值模拟西太平洋暖池的形成及其对大气扰动的影响建立了理论基础。     

赤道太平洋低频波动的某些特征

利用赤道附近南北纬１０度之间２２个站的水位观测资料和位于１４０°Ｗ浮标站的海流资料,分析了热带太平洋赤道区域低频波动的特征,发现季节内时间尺度的变化在赤道海区是一个普遍的现象。热带西太平洋海区上层海洋季节内时间尺度的变化可由具有东传性质的Ｋｅｌｖｉｎ斜压模态的波动和具有西传性质的Ｒｏｓｓｂｙ斜压模态的传播所引起,在赤道上,东向传播的波速约为２．７ｍ／ｓ,在赤道以北,西向传播的波速约为１．６ｍ／ｓ。在赤道东太平洋２５０ｍ的深度上,可以发现西太平洋低频变化对该处流速的影响,从西太平洋传播到东太平洋的平均速度大约１．３ｍ／ｓ。中太平洋低频变化具有驻波的特征,１９８６～１９８７ＥｌＮｉｎｏ事件的发生与这种驻波振荡有关。     

混合Rossby惯性重力波致Lagrange余流

基于在一个连续层化条件下热带海洋波动的弱非线性动力学系统中建立的最低阶Ｌａｇｒａｎｇｅ余流协力学模型及由此导出的赤道波致Ｌａｇｒａｎｇｅ余流的一般解,导出了混合Ｒｏｓｓｂｙ惯性重力波第一斜压模态导致的最低阶Ｌａｇｒａｎｇｅ余流的表达式。从中发现,该波可产生纬向、经向和铅垂方向的Ｌａｇｒａｎｇｅ余流,其中水平分量与赤道中、东太平洋表层流速的年平均值（约５ｃｍ／ｓ）同量级;纬向和铅垂向余流关于赤道正对     

分层热带海洋模式中的Rossby波和Kelvin波——初始混合层深度异常与大气热力强迫激发波动

利用一个两层半的热带海洋模式,采用数值实验的方法研究了热带海洋对于初始海洋混合层深度异常和大气季节内时间尺度热力强迫激发产生的Ｒｏｓｓｂｙ波和Ｋｅｌｖｉｎ波。研究表明,初始海洋混合层深度异常和大气热力强迫,可以在两层半热带海洋模式中激发产生东向传播具有Ｋｅｌｖｉｎ波性质的波动和具有Ｒｏｓｓｂｙ波性质的波动。热力强迫激发产生海洋Ｒｏｓｓｂｙ波和Ｋｅｌｖｉｎ波所需时间长于初始海洋混合层深度异常和大气季节内动力强迫激发产生两波所需时间,与大气季节内动力强迫激发的Ｒｏｓｓｂｙ波相比,初始深度异常与大气热力强迫激发产生Ｒｏｓｓｂｙ波具有不同的热力性质。     

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.     

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。     

信风张弛对赤道东、西太平洋斜压扰动的影响研究

利用一个斜压两层海洋模式解析地研究了赤道东、西太平洋对信风张弛的响应特征.研究表明:当赤道上空偏东信风张弛或转为西风时,由于打破了海洋原来的平衡关系,结果在赤道东、西太平洋的温跃层附近产生了扰动并开始传播.西太平洋温跃层附近的扰动向东传播的速度远大于东太平洋扰动向西传播的速度,而且与东太平洋温跃层扰动向西传播的狭窄范围和小振幅相比,西太平洋温跃层扰动向东传播的范围和强度均很大.这与最近几次强厄尔尼诺增暖事件暖水从赤道西太平洋向赤道中、东太平洋的迅速传播特征是一致的.     

赤道太平洋上层海洋垂向温度梯度距平与E1 Nin^～o的关系

用赤道太平洋长达21a的温度资料以及经验正交函数(EOF)分析方法,讨论了在5°S-5°N平均纬向垂直剖面上赤道太平洋垂向温度梯度距平的时空变化,得到了一些有意义的结果.赤道太平洋垂向温度梯度距平EOF分析第1模态的正/负位相反映了Ei(n)o/La Nia发生前赤道太平洋温跃层的分布,第2模态的正/负位相反映了Ei(n)o/La Nia鼎盛以及开始衰减时赤道太平洋温跃层的分布.根据我们对赤道太平洋温跃层核心位置的定义,在Ei(n)o向La Nia转换的过程中,赤道东太平洋温跃层上升了30-40m,而赤道中太平洋温跃层先是上升了40-50m,然后又下降了40-50m,赤道西太平洋温跃层下降了90m;随着赤道西太平洋暖水的堆积以及东移,温跃层首先在赤道西太平洋加深,Ei(n)o发生前赤道中东太平洋温跃层开始加深,Ei(n)o达到鼎盛时赤道西太平洋温跃层抬升,而赤道中东太平洋温跃层加深;赤道太平洋垂向温度梯度距平EOF分析第1特征向量的时间系数与Nio3区的SST距平有非常好的相关,并且超前于Nio3区的SST距平,超前3个月的相关系数高达0.7017,超前6个月的相关系数高达0.6467,因此可以用该量来预测Nio3区的SST距平.     

赤道太平洋上层海洋垂向温度梯度距平与El Nio的关系

用赤道太平洋长达21a的温度资料以及经验正交函数(EOF)分析方法,讨论了在5°S-5°N平均纬向垂直剖面上赤道太平洋垂向温度梯度距平的时空变化,得到了一些有意义的结果。赤道太平洋垂向温度梯度距平EOF分析第1模态的正/负位相反映了El Nino/La Nina发生前赤道太平洋温跃层的分布,第2模态的正/负位相反映了El Nino/La Nina鼎盛以及开始衰减时赤道太平洋温跃层的分布。根据我们对赤道太平洋温跃层核心位置的定义,在El Nino向LaNina转换的过程中,赤道东太平洋温跃层上升了30-40m,而赤道中太平洋温跃层先是上升了40-50m,然后又下降了40-50m,赤道西太平洋温跃层下降了90m;随着赤道西太平洋暖水的堆积以及东移,温跃层首先在赤道西太平洋加深,El Nino发生前赤道中东太平洋温跃层开始加深,El Nino达到鼎盛时赤道西太平洋温跃层抬升,而赤道中东太平洋温跃层加深;赤道太平洋垂向温度梯度距平EOF分析第1特征向量的时间系数与Nino3区的SST距平有非常好的相关,并且超前于Nino3区的SST距平,超前3个月的相关系数高达0.7017,超前6个月的相关系数高达0.6467,因此可以用该量来预测Nino3区的SST距平。     

赤道太平洋上层海洋垂向温度梯度距平与El NI(n)o的关系

用赤道太平洋长达21a的温度资料以及经验正交函数(EOF)分析方法,讨论了在5°S-5°N平均纬向垂直剖面上赤道太平洋垂向温度梯度距平的时空变化,得到了一些有意义的结果.赤道太平洋垂向温度梯度距平EOF分析第1模态的正/负位相反映了Ei(n)o/La Nia发生前赤道太平洋温跃层的分布,第2模态的正/负位相反映了Ei(n)o/La Nia鼎盛以及开始衰减时赤道太平洋温跃层的分布.根据我们对赤道太平洋温跃层核心位置的定义,在Ei(n)o向La Nia转换的过程中,赤道东太平洋温跃层上升了30-40m,而赤道中太平洋温跃层先是上升了40-50m,然后又下降了40-50m,赤道西太平洋温跃层下降了90m;随着赤道西太平洋暖水的堆积以及东移,温跃层首先在赤道西太平洋加深,Ei(n)o发生前赤道中东太平洋温跃层开始加深,Ei(n)o达到鼎盛时赤道西太平洋温跃层抬升,而赤道中东太平洋温跃层加深;赤道太平洋垂向温度梯度距平EOF分析第1特征向量的时间系数与Nio3区的SST距平有非常好的相关,并且超前于Nio3区的SST距平,超前3个月的相关系数高达0.7017,超前6个月的相关系数高达0.6467,因此可以用该量来预测Nio3区的SST距平.     

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。     

赤道太平洋-印度洋海洋上层海温分析

用来自美国Scripps海洋研究所的海温再分析资料,通过对1955-2001年赤道印度洋和太平洋上层0-400m的海温月平均距平分析,讨论了该两大洋海温之间的联系,得到了一些有意义的结果.赤道印度洋和太平洋虽然有马来半岛、苏门答腊岛、爪哇岛等岛屿阻隔,但海洋上层海温距平在东西方向上的分布是连续的,基本呈正负正或者负正负的分布格局,这3大冷暖中心分别位于赤道中印度洋、赤道东印度洋-西太平洋和赤道中东太平洋,正负区域的交界处分别位于印度洋80°E和太平洋160°-135°W附近,正好对应于赤道印度洋和太平洋温跃层深度的不连续处,在该不连续处赤道印度洋的温跃层深度变化大于太平洋的温跃层深度变化.在赤道印度洋和太平洋的3大冷暖中心中,赤道东印度洋-西太平洋的冷暖中心是一个系统,在太平洋它的移动路径是由赤道西太平洋出发,沿着赤道向东,到赤道东太平洋转向北,到10°N再转向西,到赤道西太平洋再转向南回到赤道西太平洋,组成一个逆时针回路;而在印度洋则是由赤道东印度洋出发,向赤道西北印度洋移动,和赤道中南印度洋组成一个逆时针回路;而且这2个移动回路是同时存在的,由赤道东印度洋和西太平洋开始分别同时完成冷暖中心交替的时间大约是10个月.     

热带西太平洋上层热含量年际变化的区域性特征

采用1980—2001年的XBT月平均海洋上层温度资料对与El Nino和Southem Oscination(ENSO)相关的热带西太平洋温跃层以上(上层)热含量年际变化的区域特征进行了研究。从热带西太平洋温跃层和上层热含量南北不对称的气候态出发，将其分为“北部”、“赤道”和“南部”三个子区域。发现热带西太平洋上层热含量的调整要领先于Nino3区，并且其释放的热量与El Nino事件的强度成正比，而El Nino事件爆发前热带西太平洋上层热量积累的多少对El Nino事件强度没有明显的影响；热带西太平洋赤道外区域也是ENSO热泵的一部分，其中北部子区域的上层热含量年际调整要超前于赤道和南部子区域，在热泵中起征兆的作用。通过热带西太平洋上层热含量距平场与：Nino3指数的超前滞后相关关系分析发现，热带西太平洋上层热含量年际调整表现出明显的南北不对称，北部子区域内信号时间超前且涉及的空间范围广，南部时间上落后且空间上局限在一个窄带状区域内。热带西太平洋上层热含量年际调整的路径是：热含量年际调整信号率先在太平洋北部子区域出现，然后发展到太平洋赤道和南部子区域，再沿赤道向东发展到东太平洋。     

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

本文使用一种水平高分辨率的热带太平洋风动环流模式耦合气候月平均风场,研究了热带太平洋主流系和温跃层厚度的分布和季节变化以及赤道行星波的传播。     

ENSO循环相关的海洋异常信号传播特征及其机制

通过分析最新的海洋模式同化资料(EstimatingtheCirculationandClimateoftheOcean,EC CO),研究了ENSO循环相关的海洋异常信号在太平洋中的传播过程。研究发现,导致ENSO位相变化的温跃层异常信号主要从北太平洋西传而来,该区与赤道东太平洋相反的温跃层异常信号到达西太暖池区,再从西太暖池沿赤道传到东太平洋,可使ENSO向反位相发展。该异常信号沿赤道东传过程中热带西南太平洋也会出现类似的温跃层异常变化,但是随着异常信号东移和从南太平洋东边界10°S左右传来的反异常信号入侵,热带西南太平洋的异常信号逐渐减弱并消失。稳定性分析表明,北太平洋较大面积区域存在斜压不稳定性或正压不稳定性,有利于ENSO相关的温跃层异常信号以Rossby波形式有效地西传;而在南太平洋,不稳定区的面积较小,且主要局限于海盆东侧,因而传播较弱,这样就造成了ENSO信号在太平洋南、北半球的非对称传播。一般来说,ENSO信号主要在以赤道波导区、东边界、北太平洋纬向区域和西边界组成的回路中循环,在南半球的传播不明显。     

全球变暖背景下赤道太平洋温跃层的快慢变化特征与机制

本文利用GFDL CM2.1模拟的1%CO_2增长理想试验结果,分析了在全球变暖背景下赤道太平洋温跃层深度的快慢两个时间尺度的变化特征。研究表明:在CO_2浓度快速增加的阶段,赤道太平洋上层海洋层结增强,温跃层深度快速变浅(该阶段称为"快速变化阶段")且存在空间上的不均匀:在赤道中西太平洋(160°E～160°W之间)变浅最明显(约20 m),在赤道东太平洋(160°W向东)其变浅程度越来越小;在CO_2浓度达到稳定的阶段,赤道太平洋温跃层深度呈现缓慢变化阶段。研究发现,温跃层快速变化的空间不均匀是因为在赤道中太平洋和东太平洋温跃层快速变化的机制不同:在赤道中太平洋背景东风加强,上层层结与上升流的都加强有利于抬升温跃层,而在赤道东太平洋背景东风减弱,导致上升流减弱不利于温跃层变浅;上升流变化的作用部分抵消了上层层结加强对温跃层变浅的作用,故温跃层变浅要小于160°W以西。在赤道以外海区(南北纬3°～7°),海洋层结减弱和垂直流速变化分别加深和抬升温跃层,导致此处温跃层变浅不明显。而在CO_2浓度达到稳定后的140年,即温跃层缓慢变化阶段,海洋层结缓慢加强,温跃层变化幅度远小于快过程。     

热带太平洋温跃层深度的年代际变化特征及原因

利用SODA数据分析了20世纪70年代气候跃迁前后热带太平洋温跃层变化的季节特征,研究了NCEP/NCAR再分析资料中的风场变化与温跃层变化之间的关系。研究结果表明:1)在1976—1977年气候跃迁之后,温跃层深度存在显著的年代际变化。在热带太平洋东部的秘鲁沿岸海域温跃层变深,而在10°S~10°N的热带太平洋其他海域温跃层均呈现变浅趋势;2)温跃层深度的年代际变化存在显著的季节差异。总体表现为,温跃层变浅的最显著区域随着季节的推移由东太平洋逐渐移至西太平洋并且变浅的幅度增大;3)热带太平洋海表面风场的年代际变化导致的赤道西风异常及风场异常的散度场是温跃层变化的主要原因。     

赤道太平洋纬向风和流异常与西太平洋暖池纬向运移

基于SODA再分析资料和TAO资料,利用EOF和统计分析等方法,分别研究了赤道太平洋海面纬向风应力异常和赤道太平洋上层纬向流异常的时空特征及其对西太平洋暖池纬向运移的影响。结果显示,赤道太平洋海面纬向风应力距平场第一模态具有2—5年的年际变化特征,其时空分布呈东、西向的反位相变化;而赤道太平洋上层纬向流距平场的第一模态则为1—2年的年和年际变化,且整个研究区域位相统一。纬向风应力和纬向流异常变化最显著的区域都在赤道中太平洋。相关分析显示,赤道中太平洋海面纬向风应力异常和赤道西太平洋上层纬向流异常分别对西太平洋暖池纬向运移有约2个月和4—6个月的超前影响,是暖池纬向运移的两个重要动力因素。回归分析表明,赤道中太平洋海面纬向风应力异常和赤道西太平洋上层纬向流异常对西太平洋暖池纬向运移有很好的预报意义。     

赤道暖池温跃层海温对低纬大气环流的影响

本文利用1967-1985年间,西太平洋137°E剖面(34°N-1°S)的深层海温调查资料及500hPa月平均图,首先分析了该剖面上深层海温变化的分布结构和年际变率特征,发现西太平洋赤道暖池温跃层(取纬度4°-8°N,厚度75-200米)海温年际间的变化与赤道逆流流量呈反位相的关系,在埃尔尼诺年期间,赤道逆流(自西向东)加强,赤道暖池温跃层海温下降.当埃尔尼诺结束时,赤道逆流流量迅速减小、温跃层海温上升在此基础上进一步研究了赤道暖池温跃层海温对低纬大气环流的影响,发现赤道暖池温跃层海温与低纬大气的关系比赤道东太平洋海表温度要明显,尤其是对夏季低纬大气和副热带高压强弱的关系更为密切,这一统计事实说明,赤道暖池温跃层海温的变化可能是影响低纬大气环流异常变化的重要热源.