西太平洋暖池緯向變異規(guī)律研究

【摘要】： 西太平洋暖池匯集著世界上開闊海洋中溫度最高的海水,它的維持和變化對(duì)全球天氣和氣候的變化起著關(guān)鍵性的作用。從海洋學(xué)角度全面而系統(tǒng)地研究西太平洋暖池的緯向變異特征、機(jī)制以及暖池緯向變異對(duì)ENSO的影響等科學(xué)問題,對(duì)深入了解發(fā)生在暖池區(qū)的海氣耦合過程,全面認(rèn)識(shí)暖池變異在ENSO循環(huán)及在全球氣候變化中的作用是不可缺少的,該項(xiàng)研究具有重要的理論意義和實(shí)踐意義。 本文根據(jù)長時(shí)間序列的海洋和大氣資料,利用EOF、小波等分析方法較系統(tǒng)地研究了西太平洋暖池整層暖水緯向運(yùn)移特征、暖池水體的時(shí)空振蕩及暖池緯向的運(yùn)移、時(shí)空振蕩對(duì)ENSO的影響,分析了西太平洋暖池和東太平洋暖池對(duì)ENSO的聯(lián)合影響,探討了風(fēng)場和流場對(duì)西太平洋暖池緯向變異的影響,并用一個(gè)簡單的海洋模式,對(duì)暖池緯向變異的動(dòng)力機(jī)制進(jìn)行了診斷分析。主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下: 利用加權(quán)平均法,建立了一個(gè)表征整體暖池緯向運(yùn)移的指標(biāo)序列,分析了暖池緯向運(yùn)移的時(shí)頻特征以及暖池內(nèi)部暖水在緯向運(yùn)移上的差異,并探討了暖池的緯向運(yùn)移對(duì)赤道西太平洋海平面高度和溫躍層深度的影響以及與ENSO的關(guān)系。結(jié)果顯示:暖池的緯向運(yùn)移具有顯著的2-7a的年際變化和10-16a的年代際變化,并于1976年前后經(jīng)歷了一次氣候躍變。暖池內(nèi)部大致可以50m深度水層為界分為上、下兩部分,暖池的上半部分緯向運(yùn)移幅度非常大,而下半部分則相對(duì)較小。暖池的緯向運(yùn)移不僅是赤道西太平洋海平面高度和溫躍層深度異常變化的一個(gè)非常重要的直接因素,而且對(duì)ENSO的形成與發(fā)展有非常重要的作用。 為進(jìn)一步了解暖池整體的時(shí)空振蕩及其影響,分別對(duì)暖池厚度場、熱帶太平洋風(fēng)應(yīng)力場、海表面高度和熱含量場進(jìn)行了EOF分析。結(jié)果顯示,西太平洋暖池水體具有大致以赤道為橫軸的經(jīng)向“蹺蹺板”式季節(jié)性反位相振蕩和大致以170o E為縱軸的緯向“蹺蹺板”式年際反位相振蕩。緯向振蕩是暖池厚度異常場年際變率的的主導(dǎo)模態(tài)。西太平洋暖池暖水的緯向運(yùn)移是造成暖池水體緯向振蕩的主要原因。熱帶太平洋海表面高度與熱含量異常場有著非常相似的ENSO時(shí)間尺度的振蕩特征:即大致以5o N為橫軸的經(jīng)向“蹺蹺板”式反位相振蕩和大致以170oW為縱軸的緯向“蹺蹺板”式反位相振蕩。而與ENSO密切相關(guān)的熱帶太平洋風(fēng)應(yīng)力異常場也存在著緯向和經(jīng)向兩種主要模態(tài),分別表現(xiàn)為近赤道的緯向風(fēng)異常和遠(yuǎn)赤道的經(jīng)向風(fēng)異常。西太平洋暖池的緯向振蕩對(duì)風(fēng)應(yīng)力異常存在滯后1個(gè)月左右的響應(yīng)和顯著的相互作用關(guān)系。西太平洋暖池緯向振蕩能夠造成熱帶太平洋水體質(zhì)量與熱量的重新分配,并通過強(qiáng)烈的海氣相互作用對(duì)ENSO循環(huán)形成與發(fā)展起著重要的作用。 西太平洋暖池和東太平洋暖池是熱帶太平洋兩個(gè)重要的暖水區(qū)。在系統(tǒng)分析西太平洋暖池的緯向變異和東太平洋暖池的經(jīng)向變異特征基礎(chǔ)上,提出了兩暖池對(duì)ENSO循環(huán)聯(lián)合影響的新觀點(diǎn),并建立了一個(gè)聯(lián)合影響指數(shù)。結(jié)果顯示,當(dāng)聯(lián)合指數(shù)達(dá)1.6時(shí),則預(yù)示著一次新El Nino的發(fā)生。這為ENSO的研究和預(yù)測提供了一個(gè)新線索。 數(shù)據(jù)分析顯示,赤道中太平洋的緯向風(fēng)應(yīng)力及上層緯向流異常是暖池緯向運(yùn)移的兩個(gè)重要的動(dòng)力因素,且兩者對(duì)暖池的緯向運(yùn)移有良好的預(yù)報(bào)意義。利用一個(gè)簡單的海洋模式模擬結(jié)果,分析了風(fēng)驅(qū)動(dòng)下的上層緯向流異常、波動(dòng)(Kelvin波和Rossby波)及其在邊界的反射效應(yīng)對(duì)暖池緯向運(yùn)移的動(dòng)力影響。模式結(jié)果顯示:中太平洋上層緯向流異常是西太平洋暖池緯向運(yùn)移的主要驅(qū)動(dòng)機(jī)制。暖池的緯向運(yùn)移對(duì)波模態(tài)流具有滯后約4個(gè)月的響應(yīng),而風(fēng)漂流對(duì)暖池緯向運(yùn)移的影響則比較適時(shí)。波動(dòng)在太平洋東、西兩邊界的反射效應(yīng)對(duì)暖池西縮的影響較大。 【關(guān)鍵詞】：西太平洋暖池 緯向運(yùn)移 緯向振蕩 ENSO 簡單海洋模式
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院（海洋研究所）
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：P732
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 引言11-32
• 1.1 西太平洋暖池在熱帶海洋-大氣耦合系統(tǒng)中的重要地位11-15
• 1.1.1 熱帶太平洋主要的大氣環(huán)流系統(tǒng)12-14
• 1.1.2 熱帶太平洋主要的海洋環(huán)流系統(tǒng)14-15
• 1.2 西太平洋暖池研究概述15-27
• 1.2.1 關(guān)于西太平洋暖池的定義15-16
• 1.2.2 西太平洋暖池的海洋學(xué)變化特征及對(duì)天氣、氣候的影響16-20
• 1.2.3 西太平洋暖池與ENSO循環(huán)20-27
• 1.3 西太平洋暖池緯向變異規(guī)律研究的選題背景、意義27-30
• 1.3.1 西太平洋暖池研究中存在的問題27-29
• 1.3.2 西太平洋暖池緯向變異規(guī)律研究的意義29-30
• 1.4 本文的主要研究內(nèi)容30-32
• 第二章 西太平洋暖池暖水緯向運(yùn)移的特征和影響32-51
• 2.1 前言32-33
• 2.2 資料與方法33-37
• 2.2.1 數(shù)據(jù)描述33-34
• 2.2.2 分析方法34-35
• 2.2.3 暖池緯向運(yùn)移指標(biāo)序列的確定35-37
• 2.3 暖池緯向運(yùn)移的時(shí)頻特征37-43
• 2.3.1 年際變化37-39
• 2.3.2 年代際變化39-43
• 2.4 暖池內(nèi)部暖水緯向運(yùn)移的異同性43-44
• 2.5 暖池緯向運(yùn)移對(duì)赤道西太平洋溫躍層深度和海平面高度變化的影響44-46
• 2.6 暖池緯向運(yùn)移對(duì)ENSO的影響46-49
• 2.7 小結(jié)49-51
• 第三章 西太平洋暖池水體緯向振蕩及其影響51-74
• 3.1 前言51-53
• 3.2 資料和處理方法53
• 3.3 西太平洋暖池暖水時(shí)空振蕩特征53-59
• 3.4 西太平洋暖池緯向時(shí)空振蕩在熱帶太平洋上層水體時(shí)空變異中的地位59-61
• 3.5 西太平洋暖池緯向時(shí)空振蕩與熱帶太平洋風(fēng)應(yīng)力異常61-64
• 3.6 西太平洋暖池緯向時(shí)空振蕩在ENSO循環(huán)中的作用64-69
• 3.7 結(jié)論與討論69-74
• 第四章 西太平洋暖池與東太平洋暖池變異對(duì)ENSO的聯(lián)合影響74-89
• 4.1 ENSO研究概述74-76
• 4.2 本章研究的目的、意義76-77
• 4.3 西太平洋暖池和東太平洋暖池變異與ENSO循環(huán)77-81
• 4.3.1 西太平洋暖池東界緯向變異與ENSO循環(huán)78-79
• 4.3.2 東太平洋暖池南界經(jīng)向變異與ENSO循環(huán)79-81
• 4.4 兩暖池變異對(duì)太平洋上空風(fēng)異常的響應(yīng)81-84
• 4.4.1 西太平洋暖池緯向變異對(duì)赤道太平洋緯向風(fēng)異常的響應(yīng)81-83
• 4.4.2 東太平洋暖池經(jīng)向變異對(duì)其上空經(jīng)向風(fēng)異常的響應(yīng)83-84
• 4.5 兩暖池對(duì)ENSO循環(huán)的聯(lián)合影響84-88
• 4.6 小結(jié)88-89
• 第五章 西太平洋暖池緯向變異的動(dòng)力學(xué)分析89-129
• 5.1 前言89
• 5.2 西太平洋暖池緯向運(yùn)移與赤道太平洋緯向風(fēng)及上層流異常89-106
• 5.2.1 資料與分析方法90
• 5.2.2 赤道太平洋緯向風(fēng)應(yīng)力距平場的時(shí)空特征90-93
• 5.2.3 赤道太平洋上層緯向流距平場的時(shí)空變化93-96
• 5.2.4 緯向風(fēng)和流異常對(duì)暖池緯向運(yùn)移的影響96-104
• 5.2.5 小結(jié)104-106
• 5.3 西太平洋暖池緯向運(yùn)移的模式結(jié)果分析106-129
• 5.3.1 海洋模式介紹及設(shè)置106-115
• 5.3.2 數(shù)據(jù)資料115-116
• 5.3.3 模擬結(jié)果及驗(yàn)證116-118
• 5.3.4 緯向流異常對(duì)暖池運(yùn)移的影響118-122
• 5.3.5 風(fēng)飄流異常對(duì)暖池運(yùn)移的影響122-123
• 5.3.6 波致流異常對(duì)暖池運(yùn)移的影響123-127
• 5.3.7 小結(jié)127-129
• 第六章 結(jié)論與展望129-131
• 參考文獻(xiàn)131-145
• 致謝145

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