赤道太平洋的环流

一.引 言 赤道太平洋上层海洋环流的主要特征已被建立十多年了。1942年斯维尔德鲁普等人描述了中太平洋的表面流:往西流的北和南赤道流以及往东流的北赤道逆流。随后,南赤道逆流也被用表面动力高度图表示出来(Reia,1961),Cromwell等人(1954)发现了赤道潜流,从而对上述环流的描述进行了主要修正。Hisard和Rual(1970)发现了赤道潜流下面     

利用Argo浮标定位信息估算分析赤道太平洋中层流场状况

本文利用Argo浮标的定位信息,经过较为严格的质量控制与误差估算,得到2003～2005年赤道太平洋区域中层流场信息,并对其进行较为详细的诊断与分析,得到以下几个结论:(1)棉兰老涡、赤道逆流和南赤道流在中层流场中多数时间清晰可辨,北赤道流较弱,有时不易分辨。(2)棉兰老涡、赤道逆流和南赤道流都存在明显的季节变化。一般在2、3月间最弱,8、9月间最强。(3)棉兰老涡、赤道逆流和南赤道流存在较明显的年际变化。(4)赤道逆流通常表现为两支,分别位于东赤道太平洋和西赤道太平洋,东太平洋支主轴位置大约在7～8°N附近,西太平洋支主轴位置大约在3°N附近。     

热带太平洋平均环流数值模拟

用中国科学院大气物理研究所发展的高分辨率自由表面热带太平洋环流模式(区域为南北纬30°,经纬圈方向水平分辨率分别为1°和2°,垂直方向分为不等距14层),在观测到的海表面风应力和热量及淡水通量驱动下,对热带太平洋平均环流进行了数值模拟.结果表明,模式成功地模拟了海面起伏中赤道槽、赤道脊、北赤道逆流槽及中小尺度涡旋(如棉兰老涡)系统等分布;与这些槽脊分布相对应的北赤道流,南赤道流和北赤道逆流等热带流系;对气候有重大影响的海表温度分布;次表层温跃层结构和赤道潜流等.文中特别讨论了海面起伏与模式其他变量场间的关系及其应用.     

边界条件对北太平洋海盆尺度环流模式的影响

采用Stevens开边界条件,将一个闭边界海盆尺度环流模式改造成开边界模式,对20°S以北太平洋大尺度环流进行了系统模拟。考察了开边界和不同等密面扩散系数对北太平洋环流和温盐结构的影响。模式较好地再现了太平洋大尺度环流特征,模拟出了表层赤道流系(包括北赤道流、黑潮和北太平流)以及对应的顺时针环流,同时还较好地反映了温盐场的基本分布特征。从年平均的纬向平均温度和盐度的断面分布可以看出,温跃层深度呈“W”型分布,在亚极地海区有一个梯度比较大的盐度锋区。南边界打开后使得模拟的北太平洋中层水温度和盐度更低,低盐水舌加深和向南延伸加强,更加接近观测值。增加沿等密面扩散系数后得到的中层水强度更大,尤其是34.6等盐线更接近观测资料。质量输运流函数分布表明,赤道两边各有一个翻转区,亚极地地区也存在一个浅的翻转区,打开南边界可以消除因为闭边界存在产生的假的下沉流,这些都为将来进行示踪物模拟打下基础。     

ENSO相联系的热带太平洋上层海洋异常环流

本文使用SODA(simple ocean data assimilation)海洋同化资料,系统分析了厄尔尼诺-南方涛动(El Ni?o-Southern Oscillation,ENSO)循环中冷暖位相期间热带太平洋上层海洋环流的演变规律,探讨了形成海洋环流异常的新机制。结果表明,在厄尔尼诺成熟期,热带中东太平洋赤道潜流最弱,赤道两侧出现反气旋性环流异常;西太平洋赤道外热带海域出现气旋性环流异常,该区南、北赤道流、棉兰老流、黑潮、新几内亚沿岸潜流及南赤道逆流增强;北赤道逆流区出现异常气旋性环流串,北赤道逆流接近正常。在厄尔尼诺衰退期和拉尼娜发展期,热带中西太平洋赤道潜流达到极强,赤道两侧出现气旋性环流异常;西太平洋赤道外热带海域异常环流减弱,该处主要流场的强度减弱或处于正常状态;北赤道逆流区反转为异常西向流。结果表明, ENSO循环期间的上层海洋环流异常受到热带太平洋温跃层深度异常产生的压强梯度力异常调控,在赤道外热带海洋温跃层深度异常和科里奥利力共同作用产生大尺度海洋环流异常,而在赤道海域,海洋温跃层深度异常和Gill效应造成赤道潜流异常以及关于赤道对称的气旋或反气旋性环流异常。     

热带海洋中非稳定波的不对称现象

热带非稳定波（ＴＩＷｓ）关于赤道的径向不对称是其突出特征之一。本文利用二层半线性海洋模式研究各种不对称背景条件对非稳定波不对称性的影响。结果表明，在大西洋和太平洋上热带非稳定波（ＴＩＷｓ）的不对称性似是由于南赤道流的两个分支和海面温度锋面对于赤道的不对称性，而不是由于北赤道逆流的出现。     

热带太平洋水位和海流对不同风场响应的模拟研究

本文用二维绝热模式研究了El Nio发生前后热带太平洋表层流系和水位对两种不同风场的响应。多年平均夏季(7月)风场是用1950～1979年期间COADS资料统计得到的,El Nio期间(7月)风场也是根据同一资料,把1950～1979年期间6个强El Nio年合成得到的。模拟的表层流系(包括北赤道流、北赤道逆流、南赤道流)的位置与实际基本一致。水位也与Wyrtki(1974)等人计算结果吻合得较好。El Nio期间,在风场发生变化的情况下,计算结果是:北赤道流和北赤道逆流加强,南赤道流减弱;西太平洋出现以北赤道逆流槽为中心的大面积水位负距平,东太平洋水位普遍升高,没有明显的中心。本文对这些变化的原因进行了初步的分析和讨论。     

1993年冬季所罗门群岛——关岛断面地转流的初步分析

根据１９９３年１－２月“实验３号”号考察船在霍尼亚接港（瓜达尔卡纳尔岛）至关岛的断面观测的温、盐度资料，分析了该断面上的地转流结构，计算了南赤道流及北赤道逆流的地转流流速和流量。结果表明：在纬线方向上Ｅ向流与Ｗ向于带状分布，在垂 也多为 流一Ｗ向流交替出现。在南赤道流和北赤道逆流中都夹有与主流上反的流动，它们的流量分别占向流量的１／３和１／５。文章还将分析计算结果与手头掌握的文献报道的结果作了比较     

1993年冬季所罗门群岛─关岛断面地转流的初步分析

根据1993年1─2月“实验3”号考察船在霍尼亚拉港（瓜达尔卡纳尔岛）至关岛的断面观测的温、盐度资料，分析了该断面上的地转流结构，计算了南赤道流及北赤道逆流的地转流流速和流量。结果表明：在纬线方向上E向流与W向流呈带状分布，在垂向上也多为E向流与W向流交替出现。在南赤道流和北赤道逆流中都夹有与主流向相反的流动，它们的流量分别约占主流向流量的1／3和1／5。文章还将分析计算结果与手头掌握的文献报道的结果作了比较。     

1987及1988年夏季西北太平洋主流系和水位与大气环流关系的数值研究

用一个包括风应力顶的二维绝热非线性数值模式计算分析了１９８７年１９８８年夏季北太平洋主流系和水位与大气环流的关系。将模拟的１９８７年和１９８８年流场作比较可知：１９８７年南赤道较弱，而弱赤道逆流、北赤道流及太平洋流较强，同时各流系位置也都偏南１－２个纬距；模拟的１９８７年黑潮及对马暖流也明显比１９８８年强。分析表明，１９８７年夏季南赤道流弱、北赤道逆流强的主要原因是该年东南信风弱，而弱赤道流、黑潮     

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.     

北太平洋冬季SST、风场及环流对淡水强迫的响应

通过海气耦合模式CCSM3(The Community Climate System Model version 3),研究在北大西洋高纬度淡水强迫下,北太平洋冬季的海表温度SST、风场及流场的响应及其区域性差异。结果表明:淡水的注入使北太平洋整体变冷,但有部分区域异常增暖;在太平洋东部赤道两侧,SST的变化出现北负南正的偶极子型分布。阿留申低压北移的同时中纬度西风减弱,热带附近东北信风增强。黑潮和南赤道流减弱,北太平洋副热带逆流和北赤道流增强,日本海被南向流控制。风场及流场的改变共同导致了北太平洋SST异常出现复杂的空间差异:北太平洋中高纬度SST的降温主要由大气过程决定,海洋动力过程主要影响黑潮、日本海及副热带逆流区域的SST,太平洋热带地区SST异常由大气与海洋共同主导。     

热带西太平洋主要流系的季节变化和年际变化

利用美国国家环境预报中心的太平洋海域 1 980— 1 995年四维同化资料 ,计算了棉兰老海流和与之有密切联系的北赤道流、北赤道逆流流量的年际变化和季节变化特征。由此得出以下结论 :( 1 )棉兰老海流对北赤道逆流的初始流量贡献较大 ,是北赤道逆流的主要水源提供者之一 ,棉兰老海流与黑潮在季节变化中存在反相关系 ;( 2 )棉兰老海流在厄尔尼诺年初期加强 ,在反厄尔尼诺期间减弱 ;( 3)棉兰老海流的季节变化信号强于年际变化信号。     

太平洋低纬度西边界流和涡旋结构季节变化的观测分析

利用漂流浮标、ADCP和Argo等观测资料,对太平洋低纬度西边界流和涡旋结构的季节变化进行了分析.根据漂流浮标资料计算的北赤道流、棉兰老海流和北赤道逆流具有明显的季节变化,而且北赤道流/棉兰老海流和北赤道逆流在冬春、夏秋之间具有明显的反位相变化,这一特征造成了气旋式棉兰老冷涡强度的季节变化很弱,水团分析表明,该冷涡的水团特性主要是北太平洋热带水.反气旋式的哈马黑拉暖涡强度具有明显的季节变化,其水团特性主要是南太平洋热带水.给出了棉兰老涡和哈马黑拉涡强度的垂直结构,表明这两个涡旋的强度在0～30 m迅速减弱,在30～450 m近似线性减弱,在450 m以下涡旋消失.     

赤道太平洋温度、流场距平EOF分析及与厄尔尼诺的关系

利用EOF分析方法,讨论了最近20a赤道太平洋次表层温度、纬向流距平与厄尔尼诺的关系.结果表明:赤道太平洋海温距平EOF分析第一、二主分量占总量的近80%,其中第一主分量类似于厄尔尼诺模态,第二主分量类似于暖池模态;后一模态存在着突变和渐变两种过程,其中由冷位相变暖位相过程为渐变过程,而暖位相变冷位相过程为突变过程.厄尔尼诺事件是赤道西太平洋暖池突变过程的结果.赤道太平洋纬向流距平EOF的第二主分量代表赤道西太平洋潜流和东太平洋南赤道流的变化,这个模态存在着半年左右的振荡和与厄尔尼诺同位相的年际振荡两种频率.另外,它还存在明显的年代际变化.赤道西太平洋潜流和东太平洋南赤道流减弱是产生厄尔尼诺的必要条件.统计回归分析表明,赤道太平洋海温距平和纬向流距平EOF的第二特征向量的时间系数对厄尔尼诺和拉尼娜均有一定的预报意义.     

基于Argo观测的太平洋温、盐度分布与变化(Ⅱ):盐度

利用基于客观分析方法重构的Argo网格资料(未同化其他观测资料),分析探讨了2004年1月-2011年12月期间太平洋海域(60°S-60°N、120°E-80°W)盐度气候态分布特征与变化规律。结果表明,分别位于南、北亚热带海域的两个高盐(北部约为35.2,南部为36.4左右)中心,呈马鞍形的双峰分布,对称中心不在赤道,而是偏北12个纬度;在南、北纬40°附近海域,盐度等值线十分密集,形成"极锋";在新西兰东南海域存在低盐水由南向北的入侵现象,且由表层至1 000 m深层终年存在。盐度在亚极地海域每年大致呈一高一低的周期性变化,亚北极海域更明显,最高盐度值出现在每年的4月份,最低盐度值则出现在每年的9月份,高低盐度差在0.30~0.45之间。表层以下,盐度的周期性变化远不如表层明显,至500 m中层,整个太平洋海域的盐度最大变幅不超过0.10。赤道海域的表层盐度在2007年和2010年分别有明显的异常减小,最大振幅约为0.8,年际变化周期约为3年;北副热带和亚北极海域的表层,盐度表现出3-6个月的年际振荡,振幅约为0.2;中层盐度几乎没有明显的异常变化。     

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。     

1987及1988年夏季西北太平洋主流系和水位与大气环流关系的数值研究

用一个包括风应力项的二维绝热非线性数值模式计算分析了1987及1988年夏季北太平洋主流系和水位与大气环流的关系。将模拟的1987和1988年流场作比较可知:1987年南赤道流较弱,而北赤道逆流、北赤道流及北太平洋流较强,同时各流系位置也都偏南1—2个纬距;模拟的1987年黑潮及对马暖流也明显比1988年强。分析表明,1987年夏季南赤道流弱、北赤道逆流强的主要原因是该年东南信风弱,而北赤道流、黑潮及对马暖流较强则主要与该年12°—25°N之间较强的东风以及东海较强的南风有关。模拟结果可对管秉贤提出的夏威夷群岛附近风应力涡度与黑潮强度的统计关系给出一个动力学解释。根据1987及1988年夏季气压场及风场对比分析。可以认为1987年北赤道流、黑潮及对马暖流较强可能与1987El Nino年副热带高压较强有关。     

137°E赤道潜流1月年际变化及其原因的探讨

利用日本海洋调查船沿137°E断面8°N—1°S之间、1968—1985年每年1月份的海流实测资料,分析了该断面上赤道潜流的变化。资料表明,该处赤道潜流位于1°—2°N之间的温跃层中、下部,其单、双核结构均可出现,且下层流核之流速多大于上层流核。该处潜流1月年际变化明显,一般E1 Nino(简称EN)后期流速小于非EN时期。这主要是由于EN初期夏、秋季中太平洋信风风场发生变化,从而导致赤道及热带太平洋纬向压力梯度变化。此外,137°E赤道潜流与其两侧流的经向辐合关系密切,这表明了北赤道逆流和南赤道流对潜流的可能影响。     

基于Argo 观测的太平洋温、盐度 分布与变化（2）：盐度

利用基于客观分析方法重构的Argo网格资料（未同化其他观测资料）,分析探讨了2004年1月-2011年12月期间太平洋海域（60°S-60°N、120°E-80°W）盐度气候态分布特征与变化规律。结果表明,分别位于南、北亚热带海域的两个高盐（北部约为35.2,南部为36.4左右）中心,呈马鞍形的双峰分布,对称中心不在赤道,而是偏北12个纬度;在南、北纬40°附近海域,盐度等值线十分密集,形成“极锋”;在新西兰东南海域存在低盐水由南向北的入侵现象,且由表层至1000 m深层终年存在。盐度在亚极地海域每年大致呈一高一低的周期性变化,亚北极海域更明显,最高盐度值出现在每年的4月份,最低盐度值则出现在每年的9月份,高低盐度差在0.30~0.45之间。表层以下,盐度的周期性变化远不如表层明显,至500 m中层,整个太平洋海域的盐度最大变幅不超过0.10。赤道海域的表层盐度在2007年和2010年分别有明显的异常减小,最大振幅约为0.8,年际变化周期约为3年;北副热带和亚北极海域的表层,盐度表现出3-6个月的年际振荡,振幅约为0.2;中层盐度几乎没有明显的异常变化。