海氣熱通量是海氣相互作用中的重要物理量，其熱力學屬性直接關(guān)系到氣候的變化，因而其研究意義不言而喻。然而，長期以來，全球以及區(qū)域性熱通量的量化和變化均沒有定論。眾多研究對海氣熱通量的關(guān)注集中在海氣邊界層范圍內(nèi)，包括熱通量的參數(shù)化過程、海氣之間熱物理變量的觀測以及各種觀測之間的橫向比對。 本文將從海洋自身熱收支平衡出發(fā)，選取沿等溫度線，等地形線和兩者結(jié)合的三種對原始熱方程體積積分方式，在量化出控制體其它熱量過程前提下，逆求得滿足熱平衡過程的海氣熱收支，定量估計出符合物理約束的全球以及區(qū)域性海洋積分平均的海氣熱通量，診斷基于9種氣候態(tài)熱通量資料（實際觀測，客觀分析以及再分析資料等）的計算誤差，為今后正確估計和理解熱通量量級和變化提供合理的參考。主要關(guān)注的科學問題為，進入全球無冰海洋和有冰海洋的量級分別為多少？大尺度海洋和大氣環(huán)流對全球以及區(qū)域熱通量變化的貢獻是什么？ 為了研究上述問題，本文分別選取全球無冰海洋，西太平洋暖池，地中海，有冰海洋和高緯度水團生成率為研究的基本物理背景，全方位多角度的展現(xiàn)在不同積分條件下對熱通量的約束過程，以及在此基礎(chǔ)之上的海氣熱通量的變化及與該變化相關(guān)的氣候事件，獲取的主要科學結(jié)論如下： 1.設(shè)置定常的全球海洋垂向混合系數(shù)k v1.5×10~(-4)m~2s~(-1)，大約有4.2Wm~(-2)的能量進入以5oC等溫線為代表圈定的無冰海洋，而根據(jù)全球海洋表面能量守恒原則，無冰海洋得到的熱量以沿等溫線熱耗散的形式進入有冰漂移和覆蓋的海洋區(qū)域，從而釋放到大氣中，量級上約為-44.8Wm~(-2)。物理的假定和數(shù)據(jù)的誤差會使得上述結(jié)果存在較大的不確定性，同時，高緯度低溫陸地與高溫海洋之間的熱量交換有可能影響最終的估計結(jié)果。由于全球海洋的機械能向海洋內(nèi)能的轉(zhuǎn)化與海洋表面的熱能相比是個小量，因而，在理論上，海洋與大氣的熱交換在氣候態(tài)年平均意義下應該趨于平衡。進入西太暖池和地中海地區(qū)的年平均熱通量分別為27.9Wm~(-2)和-3.3Wm~(-2)。以9種氣候態(tài)熱通量驅(qū)動的高緯度水團生成率（又稱全球海洋Hadley環(huán)流）年平均僅有2.1Sv，遠遠小于前人估計的20+Sv，但是半球冬季熱通量驅(qū)動，高緯度水團生成率可以接近7Sv； 2.基于上述的物理約束結(jié)果，得出OAFlux+ISCCP，NOCSv2.0，CFSR和MERRA的氣候態(tài)熱通量普遍呈現(xiàn)熱誤差，平均而言，熱誤差大小居于10Wm~(-2)和20Wm~(-2)之間；ERA-40表現(xiàn)出強烈的冷誤差屬性，平均達到-10Wm~(-2)以上。除去地中海之外，NCEP的產(chǎn)品表現(xiàn)了穩(wěn)定的冷誤差屬性，但是，保持在個位數(shù)以內(nèi)。CORE.2和ERA-Interim的氣候態(tài)熱通量診斷結(jié)果顯示不同地區(qū)呈現(xiàn)的冷熱誤差不一，其在全球無冰海洋呈現(xiàn)熱誤差屬性，而在暖池地區(qū)等呈現(xiàn)冷誤差，究其原因在于目前存在的全球氣候態(tài)熱通量估計對高緯度熱通量的估計不足，在接近海冰邊緣的位置，應該有更多的熱量釋放到大氣中以滿足全球能量平衡。結(jié)合高緯度水團生成率判斷，南北熱力差不足以驅(qū)動全球的20+Sv的高緯度水團生成率，更加證明了對高緯度的海洋失熱過程把握不夠是目前熱通量普遍存在的問題； 3.對全球平均的氣候態(tài)海氣熱通量來說，海洋大氣環(huán)流僅僅是內(nèi)部過程，它們起到的作用是調(diào)節(jié)區(qū)域海氣熱力交換，影響局部氣候變化，例如其對高緯度熱通量的調(diào)整過程與高緯度大氣濤動在物理上是一致的，統(tǒng)計上具有接近90%的相關(guān)關(guān)系（95%置信區(qū)間），西太平洋暖池地區(qū)湍熱耗散過程由赤道表面急流和赤道潛流的季節(jié)性剪切決定。在全球變暖背景下，兩極地區(qū)海冰驟減，直接影響到對海洋的“棉被”保暖效應，使得極地冰冠大氣對流層獲得額外的3-10Wm~(-2)的熱量異常，直接造成了極地地區(qū)的增暖放大效應，同時對高緯度水團生成，以及深對流驅(qū)動的全球熱鹽環(huán)流產(chǎn)生深刻的影響，從而加劇了氣候變化的進程。
【學位單位】：中國海洋大學
【學位級別】：B
【學位年份】：2012
【中圖分類】：P732.6
【部分圖文】：

大問題有關(guān)的科學問題（見下小節(jié)）。本文所選取的有冰和無冰的海洋是根據(jù)實測資料來規(guī)劃的，基于此規(guī)劃，在下文全球的計算中采用的是相同的海陸冰點標準。圖0-4黃線顯示根據(jù)美國海洋大氣局最優(yōu)插值海表面溫度第二版（OISSTv2.0）計算的氣候態(tài)無冰海洋的邊緣，其中計算的標準選擇為海冰覆蓋率大于 15% 的海域定義為海冰區(qū)域，而其他區(qū)域為自由無冰海洋區(qū)域（參考美國國家冰雪中心的定義，National Snow & Ice Data Center，NSIDC），而圖 0-4 中深綠色線表示最小的海冰拓展，即在各半球夏季時冰退卻到最靠近極點。目前存在 3 類 9 種海氣熱通量的數(shù)據(jù)集，包括客觀分析產(chǎn)品，再分析資料和最新的再分析資料。然而這 9 種資料給出的全球無冰海洋的平均海氣凈熱通量各不一致。圖 0-5 所示 9 種資料的全球平均結(jié)果基本分為三檔

8 9 種氣候態(tài)熱通量資料的全球無冰海洋凈熱通量估計數(shù)值，計算基于同樣的 1o×1o 的海陸冰網(wǎng)格點（圖 0-4 黃用面積權(quán)重法計算，即180 360 180 3601 1 1 1( , ) ( , ) ( , )i j i jQ Q i j A i j A i j= = = == ∑∑ ∑∑ ，其中Q和 A分別代表凈熱通量以及所在點的

凈太陽短波輻射在全球的分布，從兩圖綜合可以看出，在中低緯度，氣候態(tài)含量在到達海洋表面的凈短波輻射中扮演重要角色，云比例含量低的區(qū)域?qū)ο鄬^強的太陽輻射，而在高緯度地區(qū)，不但太陽的高度角變小，云含量還較多，因而凈太陽短波輻射較小。另外一項研究（Chen 等，2000）表明，的云類型對云的反射率亦不同，并且通過模式計算量化了不同的云類型對應同的反射率（詳見其表 1）。本小節(jié)目的僅僅表述與太陽短波輻射有關(guān)的參和可能影響的物理過程，具體的影響原因研究不在本文包含之內(nèi)，以期待更相關(guān)研究會在這方面出現(xiàn)。

【引證文獻】

相關(guān)碩士學位論文 前1條

1 沈輝;渤黃東海海表冷暖水舌的時空變化及機理分析[D];浙江大學;2015年

本文編號：2831375