發(fā)布時間：2020-10-22 17:30

　　 西太平洋暖池（WPWP）是熱帶太平洋海表面溫度場（Sea SurfaceTemperature, SST）的主要模態(tài)，是調(diào)制熱帶太平洋乃至全球氣候的關(guān)鍵因子，其變異特征及其物理機制備受人們關(guān)注，成為當(dāng)今海洋/氣候?qū)W研究的前沿?zé)狳c之一。本文基于目前最新的NOAA AVHRR SST、WHOI OAFlux、JAMSTECMOAA GPV等十余套觀測（或再分析）資料和IPCC AR5等模式或同化資料，緊繞WPWP變異這一核心問題，在季節(jié)內(nèi)、年際、年代際和百年左右時間尺度上研究了WPWP的強度和位置的變異特征與物理機制。論文的主要研究結(jié)果如下： 一、發(fā)現(xiàn)WPWP面積具有很強的季節(jié)內(nèi)振蕩（可與其年際變率相比擬），揭示其具有年際調(diào)制和明顯長期減弱趨勢，并闡釋其物理機制。 （1）發(fā)現(xiàn)WPWP面積存在著顯著的季節(jié)內(nèi)振蕩（ISO），其振幅可達1.71012m2，與年際變異的振幅（1.81012m2）非常接近，但沒有規(guī)則的周期，只有約為60天準(zhǔn)周期。研究表明，Madden-Julian Oscillation（MJO）是WPWP季節(jié)內(nèi)振蕩的來源：一方面，MJO引起暖池區(qū)尤其是暖池南北邊界區(qū)域的對流和海表面熱通量的季節(jié)內(nèi)振蕩，進而影響暖池南北邊界在經(jīng)向上的季節(jié)內(nèi)伸縮和暖池面積的季節(jié)內(nèi)變化；另一方面通過產(chǎn)生海洋Kelvin波并向東傳播，引起中東太平洋平流季節(jié)內(nèi)變化，進而驅(qū)動暖池東邊界在緯向上的季節(jié)內(nèi)伸縮和暖池面積的季節(jié)內(nèi)變化。計算結(jié)果還顯示，在暖池東邊界區(qū)，MJO導(dǎo)致的季節(jié)內(nèi)海表面凈熱通量和緯向流占主要貢獻，而在暖池南北邊界區(qū)則主要是海表面熱通量的季節(jié)內(nèi)變化導(dǎo)致的。前人只研究了WPWP表面積的季節(jié)到年代際變化，本文在一定程度上彌補了學(xué)界對WPWP空間尺寸變異的一個認識空白。 （2）揭示MJO的年際變化導(dǎo)致西太平洋暖池面積ISO的年際變化。WPWP ISO存在著很強的年際變化。其中1982、1992、1995、1996、1997、2002、2009和2010年為強WPWP ISO年，而1991、1993、1994、1998、2000、2001和2004年為弱WPWP ISO年。利用合成分析方法診斷了WPWP ISO年際變化的物理機制，結(jié)果表明MJO的年際變化是暖池面積的季節(jié)內(nèi)振蕩的年際調(diào)制的來源，具體是：MJO信號具有明顯的年際變化，導(dǎo)致暖池邊界區(qū)域海表面熱通量季節(jié)內(nèi)振蕩的年際變化，進而導(dǎo)致SST季節(jié)內(nèi)振蕩的年際變化，最終形成WPWP面積ISO的年際調(diào)制。 （3）發(fā)現(xiàn)WPWP面積ISO明顯的長期減弱趨勢，并給出物理機制。在1982–2011年間，WPWP ISO（振幅）存在很明顯的減弱趨勢。這30年間，暖池季節(jié)內(nèi)振蕩指數(shù)ISOw p總共下降了0.71012m2（約為其平均值的41%），平均每年大約下降為平均值的1.4%。診斷分析表明，太平洋MJO指數(shù)也呈現(xiàn)出非常明顯的下降趨勢，MJO的減弱導(dǎo)致海表面熱通量和海表面流季節(jié)內(nèi)振蕩的減弱，進而引起熱帶西太平洋SST季節(jié)內(nèi)振蕩和WPWP ISO的減弱。 二、西太平洋暖池分裂現(xiàn)象及其物理機制 （1）發(fā)現(xiàn)了一種前人未曾提到的現(xiàn)象：WPWP分裂現(xiàn)象。詳細考察了WPWP在1982–2011年間的演變（每隔20天考察一次）后，結(jié)果發(fā)現(xiàn)WPWP在特定時間里西太平洋暖池會被一個低溫水域分割成2個部分，即發(fā)生WPWP分裂現(xiàn)象。WPWP分裂區(qū)域大體上在0–16°N和120–180°E區(qū)域內(nèi)。暖池在分裂期具有2個核心，一個在15°N–20°N之間，另一個則在5°S附近。WPWP分裂現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)推進了對暖池結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)認識。 （2）物理機制：氣旋式環(huán)流異常（上升流加強）是導(dǎo)致暖池分裂的主要原因。統(tǒng)計結(jié)果表明，除極個別事件外暖池分裂事件基本上都發(fā)生在El Ni o事件發(fā)展期7–9月。診斷結(jié)果表明，WPWP分裂現(xiàn)象主要是與ENSO相關(guān)的海洋環(huán)流過程有關(guān)：在El Ni o發(fā)展期，NEC和NECC同時加強，西邊界暖池核心區(qū)產(chǎn)生氣旋式環(huán)流異常（上升流加強），SST降低，從而導(dǎo)致西太平洋暖池分裂現(xiàn)象。 三、WPWP的年際－年代際及長期變化趨勢與物理機制 （1）前人在研究WPWP時“言年際變化必ENSO”，但問題是：WPWP年際變化都與ENSO相關(guān)嗎？本文結(jié)果表明，雖然WPWP的緯向移動主要與ENSO相關(guān)聯(lián)，但是WPWP強度（如熱含量，OHC）的年際變化卻不僅僅與ENSO相關(guān)。本文提出、定義了一個能描述三維暖池空間位置的變量WPWP熱心（Heat Center，HC），其緯向位置的年際變化確與ENSO相聯(lián)。而WPWP OHC則不同:將WPWP OHC序列與Ni o指數(shù)對比，發(fā)現(xiàn)二者在很多時段并不吻合甚至反位相。這說明WPWP強度的年際變化絕非僅僅是與ENSO相關(guān)。通過合成分析發(fā)現(xiàn)，年際時間尺度上經(jīng)向風(fēng)場在赤道太平洋輻合/輻散，引起海水和熱量在赤道太平洋的輻合/輻散，進而形成了WPWP強度的年際變化。因此，不能說WPWP的年際變化都與ENSO相關(guān)。 （2）提出了一種計算時間序列長期變化趨勢的新方法滑動趨勢法,并運用這種方法研究了WPWP在過去130多年的變化趨勢。以往估計WPWP長期變化趨勢時，結(jié)果往往會受到顯著年代際變化干擾的影響。利用“滑動趨勢法”可以有效消除時間序列中較短時間尺度波動（如年代際）對趨勢估計的影響。據(jù)此，本文計算了1874–2005年間WPWP二維熱心和表面積的長期變化趨勢，發(fā)現(xiàn)WPWP面積在這132年間以3.21010m2yr1的速度擴張，其熱心以0.007yr1的速度向東移動。同時，利用滑動趨勢法重新計算的1955–2003年間暖池的擴張趨勢為111010m2yr1，修正了Cravatte et al.（2009）因年代際振蕩引入的約30%的相對誤差。 此外，本文利用EEMD-希爾伯特-黃變換得到了二維暖池?zé)嵝暮捅砻娣e的年代際主模態(tài)，發(fā)現(xiàn)在1870–2009年間熱心經(jīng)度年代際模態(tài)周期在30~40年附近擺動，且在20世紀(jì)前50年中年代際變化偏弱。而暖池面積的年代際主模態(tài)周期在20~30年間擺動，其中1870至1890年代頻率偏低。
【學(xué)位單位】：中國科學(xué)院研究生院（海洋研究所）
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2013
【中圖分類】：P731
【部分圖文】：

1.1. 太平洋 40°S–40°N 內(nèi) SST 與 OLR 的關(guān)系（2005 年–2008 年），從紅色到黑色代表從 40°N/S 到赤道，藍色虛線為 28°C 所在位置。圖 1.1 展示了太平洋 40°S–40°N 內(nèi) SST 與向外長波輻射（Outgoing Longwadiation，OLR）的關(guān)系。其中 2005 年至 2008 年月平均 SST 資料使用的是由Met Office的Hadley Centre for Climate Research提供的HadISST（Rayner et003），空間分辨率為 1°×1°。而 OLR 資料則使用的是由美國國家大氣研究中National Center for Atmospheric Research，簡稱 NCAR）/國家海洋大氣National Oceanic and Atmospheric Administration，簡稱 NOAA）提供terpolated Outgoing Longwave Radiation 月平均資料（Liebmann and Sm996），空間分辨率為 2.5°×2.5°。如圖 1.1 所示，當(dāng) SST 小于 28°C 時，OLR SST 的升高而逐漸增大，對流減弱，而當(dāng) SST 大于 28°C 時，OLR 隨著 S升高而迅速減小，對流迅速加強。正是因為如此，西太平洋暖池的溫度或者

中國科學(xué)院博士學(xué)位論文（2013） 胡石建：西太平洋暖池變異及其機制研究體值。按照 28°等溫線定義的暖池，面積大約為12 225 10 m，體積為14 220 10 m，深度為 80 米左右（Wyrtki, 1989），其熱心的平均值約為 0.4°S/169.0°E，38 米（Huand Hu, 2012），包含的熱含量約為 （相對于 0°C）。圖 1.2 給出的是利用美國國家海洋數(shù)據(jù)中心（National Oceanographic Data Center，簡稱 NODC）提供的氣候態(tài)溫度數(shù)據(jù)繪制的全球 SST 分布，其中的黑色等值線即為氣候態(tài)暖池。顯然，WPWP 作為全球海洋中溫度最高的水域，是熱帶太平洋 SST 結(jié)構(gòu)中最為顯著的模態(tài)，Matin P. Hoerling 將太平洋暖池指數(shù)定義為 SST 的第一 EOF 模態(tài)使用（http://www.esrl.noaa.gov/psd/data/climateindices/list/#Pacificwarm）。

面熱收支并不是與局地 SST 一一對應(yīng)，提出大尺度大氣環(huán)流也很重要們開始意識到熱帶氣候態(tài)的 SST 并不是局地過程導(dǎo)致的。Pierrehu995）基于云反射和云的溫室效應(yīng)相抵消的假設(shè)，認為深對流云對于熱帶候態(tài) SST 的建立無凈效用，肯定了海洋熱輸送的作用，并指出暖池和old Pool）的比值是調(diào)控?zé)釒窖鬁囟鹊闹饕蜃�。強調(diào)大氣過程的這些工作多數(shù)都默認海洋在動力上很穩(wěn)定、不過是一個同時多數(shù)又都提到了 SST 梯度�？墒�，這些 SST 梯度的變化意味著海的變化，而風(fēng)場的變化又將引起海洋環(huán)流的響應(yīng)。因此，完全用大氣過熱帶太平洋 SST 結(jié)構(gòu)和暖池的形成是不完整的，也無法解釋觀測到的暖的研究表明，西太平洋暖池是大氣過程和海洋過程共同作用導(dǎo)致的（ment, et al., 2005），而有些學(xué)者則指出地形對西太暖池的維持起基本，袁東亮, 1991; Yuan and Hu, 1991）。
【引證文獻】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 官聰;熱帶太平洋熱平流的基本特征與變化分析[D];中國科學(xué)院研究生院（海洋研究所）;2013年

本文編號：2851892