【摘要】：風(fēng)應(yīng)力和淡水通量是南大洋的兩種重要外強(qiáng)迫。風(fēng)應(yīng)力直接驅(qū)動(dòng)了全球最強(qiáng)的一支海洋環(huán)流——南極繞極流,淡水通量是末次冰消期冰融水事件的重要成因之一,同時(shí)也是全球變暖情景下南極融冰的重要產(chǎn)物。然而長(zhǎng)期以來,對(duì)南大洋風(fēng)應(yīng)力和淡水通量的氣候效應(yīng)缺乏深入系統(tǒng)的研究。 本文圍繞南大洋風(fēng)應(yīng)力和淡水通量在全球氣候系統(tǒng)中的作用這一關(guān)鍵科學(xué)問題,利用海-氣完全耦合模式FOAM1.5 (Fast Ocean-Atmosphere Model, version1.5),借助以“部分耦合”和“部分阻擋”為核心的模式手術(shù)方案,通過一系列敏感性實(shí)驗(yàn)揭示南大洋風(fēng)應(yīng)力和淡水強(qiáng)迫對(duì)全球海-氣耦合系統(tǒng)的影響。 為了探討南大洋風(fēng)應(yīng)力的氣候效應(yīng),我們?cè)隈詈夏Ｊ街腥コ?0°S以南海-氣界面的風(fēng)應(yīng)力,發(fā)現(xiàn)風(fēng)應(yīng)力的消失將引起局地垂向?qū)α骰旌虾湍蠘O繞極流以南上升流的減弱,導(dǎo)致南大洋出現(xiàn)大范圍海溫冷異常、海冰覆蓋面積向低緯擴(kuò)展。由于海洋層結(jié)加強(qiáng),在上層海洋變冷的同時(shí),次表層海洋發(fā)生了顯著的增暖。南大洋的海溫冷異常激發(fā)了對(duì)流層大氣的相當(dāng)正壓槽響應(yīng),伴隨著南半球西風(fēng)的顯著增強(qiáng)。西風(fēng)加強(qiáng)又進(jìn)一步加劇了SST冷異常,從而構(gòu)建了局地的正反饋過程。 我們的研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)：南半球中高緯度風(fēng)應(yīng)力對(duì)北大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流(Atlantic Meridional Overturning Circulation, AMOC)有著極強(qiáng)的調(diào)控作用。去除海-氣界面風(fēng)應(yīng)力之后,風(fēng)應(yīng)力對(duì)深層海水的抽吸作用也隨之消失,導(dǎo)致南極經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流(Antarctic Meridional Overturning Circulation, AnMOC)幾乎完全消失,AMOC流量也減小了約50%。AMOC的減弱使跨赤道熱量輸送減弱,有利于南大西洋增暖,然而由于在南大西洋的副熱帶地區(qū)存在風(fēng)-蒸發(fā)-SST(Wind-Evaporation-SST, WES)反饋過程,將南半球中緯度地區(qū)的冷異常傳遞到熱帶地區(qū),從而抑制了南大西洋暖異常的產(chǎn)生,因此AMOC減弱導(dǎo)致的南北半球海溫蹺蹺板并未出現(xiàn)。 為了研究南大洋淡水強(qiáng)迫對(duì)局地和遠(yuǎn)程氣候系統(tǒng)的影響,我們利用耦合模式,在60°S以南的海洋中均勻施加1.0Sv淡水通量異常。模式結(jié)果表明：南大洋表層淡水通量強(qiáng)迫使局地海洋層結(jié)加強(qiáng),抑制了南極附近的深對(duì)流過程、南大洋的垂向?qū)α骰旌线^程和南極繞極流以南的上升流,從而在局地海洋中出現(xiàn)了表層變冷、次表層增暖的斜壓響應(yīng),與此同時(shí),大氣中的西風(fēng)得到加強(qiáng)。在上層海洋平流過程和大氣過程的共同作用下,南大洋高緯地區(qū)的冷異常被輸送到ACC區(qū)域。之后,南半球中緯度的海溫冷異常能夠通過上層海洋與低層大氣之間的接力遙相關(guān)機(jī)制傳遞到熱帶地區(qū)。WES反饋激發(fā)了副熱帶地區(qū)的冷異常,同時(shí)使南半球副熱帶-熱帶流環(huán)(Subtropical-Tropical Cell, STC)加強(qiáng),STC的加速與平均潛沉過程共同導(dǎo)致了熱帶海洋海溫冷異常的出現(xiàn)。 南大洋淡水強(qiáng)迫也引起了北半球氣候的變化。大氣遙相關(guān)過程使北半球的熱帶外海區(qū)在最初幾十年中表現(xiàn)為冷異常,隨著南大洋次表層暖水向北半球輸運(yùn)并通過垂向?qū)α骰旌线^程上升到表層,北半球的初始冷異常逐漸轉(zhuǎn)為暖異常。南半球和北半球分別出現(xiàn)了海溫冷異常和暖異常,從而構(gòu)建了顯著的南北半球海溫蹺蹺板。 南大洋表層淡水?dāng)_動(dòng)使海洋層結(jié)加強(qiáng),從而南極底層水減弱,南極底層水與北大西洋深層水之間的相互調(diào)制使AMOC在最初幾十年中得到加強(qiáng),隨著淡水通量在上層海洋平流的作用下不斷流入北大西洋,AMOC的流量逐漸減小。 氣候平均態(tài)的改變也使氣候變率發(fā)生了變化。在南大洋淡水強(qiáng)迫情景下,ENSO的振幅加強(qiáng),同時(shí)頻率向低頻方向移動(dòng)。振幅加強(qiáng)的原因是溫躍層的緯向傾斜加強(qiáng)、同時(shí)整個(gè)熱帶溫躍層整體抬升,從而增強(qiáng)ENSO變率；頻率減慢的原因是赤道與赤道外之間的經(jīng)向熱力梯度減小,降低了充放電的效率,使ENSO的頻率減慢。此外,兩種類型的厄爾尼諾——東太平洋厄爾尼諾和中太平洋厄爾尼諾對(duì)南大洋淡水強(qiáng)迫表現(xiàn)出不同的響應(yīng)。整體上來說,淡水強(qiáng)迫對(duì)前者影響較大,而對(duì)后者影響較小。 不僅如此,局地淡水強(qiáng)迫也使南半球環(huán)狀模發(fā)生了顯著的變化。環(huán)狀模年際變率的振幅顯著減弱,同時(shí)年代際變率開始增強(qiáng)。環(huán)狀模的變化具有垂向一致性。
【圖文】：

畫一…合器…一醫(yī)困海海洋洋圖2一 1FOAM各模塊之間數(shù)據(jù)傳遞關(guān)系示意圖。Fig.2一 1Sehematiediagramofdatatransmissionbetweendifferentmodu1esofFOAM.

805 60E120E180120W60W0 60E120E180120W60W0圖3一 6SST異常的季節(jié)變化(單位:。C)。注意這里的季節(jié)都是針對(duì)南半球而言。(a)夏季平均SST異常(對(duì)應(yīng)12、l、2二個(gè)月);(b)秋季平均SST異常(對(duì)應(yīng)3、4、5三個(gè)月);(c)冬季平均SST異常(對(duì)應(yīng)6、7、8三個(gè)月);(d)春季平均SST異常(對(duì)應(yīng)9、10、11三個(gè)月)。實(shí)線和虛線分別表示正值和負(fù)值。等值線表征的數(shù)值分別為一4、一3、一2、一l、一0.5、一0.3、一0.2、一0.1、0.1、0.2、0.3、0.5和loC。陰影區(qū)表示通過95%的統(tǒng)計(jì)置信度水平(t檢驗(yàn))。Fig.3一 6SeasonalresPonseofSST(units:“ C).Allseasonaldesignationsareaustral.(a)Summer meanSSTanomalies(theaverageSSTanomaliesofDecember，，January， andFebruary).(b) AutumnmeanSSTanomalies(theaverageSSTanomaliesofMareh，APril， andMay).(e)Winter meanSSTanomalies(theaverageSSTanomaliesofJune，July， andAugust).(d)SPringmean SSTanomalies(theaverageSSTanomaliesofSePtember，Oetober
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：B
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：P731

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 段永亮;南大洋太平洋扇區(qū)風(fēng)生大洋環(huán)境變異與動(dòng)力機(jī)理研究[D];中國科學(xué)院研究生院（海洋研究所）;2013年

2 孫燕;IPCC模式對(duì)印太暖池模擬的研究[D];中國海洋大學(xué);2011年

本文編號(hào)：2656587