潛沉過程和浮露過程是海洋表層水體與海洋次表層水體交換的主要途徑，它們并稱為通風過程。潛沉過程可以將海洋上混合層水體輸運至主溫躍層，相反浮露過程可以將海洋主溫躍層中的水體輸運至上混合層。在海氣相互作用系統(tǒng)中，通風過程起到了聯(lián)系大氣活動和海洋次表層水體性質變異的橋梁作用，與此同時也對海洋的動力學過程和熱力學過程都有重要影響。尤其是在全球變暖的背景下，潛沉率和浮露率的年際變化特征，年代際變化特征以及其對氣候系統(tǒng)的響應過程逐漸受到廣泛的重視和關注。 基于日漸豐富的海洋觀測資料和日趨成熟的氣候數(shù)值模式結果，前人已經(jīng)開展了大量的研究工作證明通風過程具有明顯的年際變化特征和年代際變化特征，并證明潛沉率和浮露率的演化過程與全球變暖的背景息息相關。然而長期以來，在全球變暖的影響下，對海洋中的潛沉過程和浮露過程的趨勢性變化尚缺乏深入系統(tǒng)的研究，其演化過程的誘因和機制也有待進一步的探索。 本文圍繞潛沉率和浮露率在全球變暖背景下的變化趨勢及其機制這一關鍵科學問題，基于SODA海洋再分析同化資料和20Crv2大氣再分析資料，采用拉格朗日坐標系下水質點軌跡追蹤方案，逐年計算得到1900-2007年的全球年平均潛沉率和1901-2008年的全球年平均浮露率。首先我們通過整合在各個大洋的數(shù)據(jù)計算結果，站在全球的角度上揭示了潛沉率和浮露率在全球變暖的條件下的變化趨勢及其機制。隨后我們逐個分析了各個大洋中，整個海盆的潛沉率和浮露率在全球變暖的條件下的變化趨勢及其機制。作為潛沉過程中最重要的產(chǎn)物——模態(tài)水，它對海洋和大氣也具有不可忽視的熱力學影響和熱力學影響。因此我們進一步定量的分析了各個大洋中模態(tài)水的生成量，即其生成區(qū)的潛沉率的長期變化趨勢及其機制。 根據(jù)潛沉率和浮露率的計算方案，構成潛沉率和浮露率的因素包含垂向抽吸項和平流項。其中影響垂向抽吸項的主導因素是風應力旋度引起的�？寺槲�，而影響平流項的因素有冬季混合層的分布形態(tài)和背景流場的變化。為了定量的分析潛沉率和浮露率的趨勢性變化，我們通過配合等位勢密面上位勢渦度分布形態(tài)，海面風應力旋度造成的�？寺槲实淖儺�，海洋上層流場的變異，混合層厚度的分布形態(tài)及其變異和一個混合層厚度診斷方程，進一步分析了各個大洋中造成潛沉率和浮露率的趨勢性變化的誘因。 通過定量的分析表明，全球的潛沉率呈現(xiàn)出顯著的增強趨勢，其中平流項的貢獻和垂向抽吸項的貢獻均呈現(xiàn)出顯著的增強，其中垂向抽吸項的增強趨勢是全球潛沉率增強的主導因素。從各個海域來看，南太平洋，南大西洋，印度洋，赤道海域的潛沉率均呈現(xiàn)出顯著的增強趨勢，而北太平洋和北大西洋的變化趨勢并不顯著。在南太平洋的潛沉率的增長過程中，與垂向抽吸項的貢獻相比，平流項的貢獻更大一些。平流項和垂向抽吸項對南大西洋和印度洋的潛沉率的增強過程所做出的貢獻基本是相同的。對逐個海盆的模態(tài)水生成量的定量分析表明，在全球變暖的條件下，各個海域的模態(tài)水卻分別呈現(xiàn)出不同的響應過程，其增長和減弱的機制亦有不用的主導因素。尤其是北太平洋潛沉率無顯著的趨勢性變化，但其副熱帶模態(tài)水和中部模態(tài)水卻分別呈現(xiàn)出顯著的減弱趨勢和增強趨勢。 與全球的潛沉率變化趨勢相一致，全球的浮露率也呈現(xiàn)出顯著的增強趨勢，其中平流項的貢獻和垂向抽吸項的貢獻均呈現(xiàn)出顯著的增強趨勢，與潛沉率的變化趨勢不同的是平流項增長量的貢獻略大于垂向抽吸項的貢獻。北太平洋，南太平洋和南大西洋在垂向抽吸項和平流項的共同作用下，浮露率呈現(xiàn)出顯著的增長的趨勢，與垂向抽吸項相比，平流項的貢獻更大一些。平流項和垂向抽吸項對印度洋的浮露率所呈現(xiàn)出顯著增長的趨勢的貢獻基本是相同的。在南大西洋，浮露率顯著增長的趨勢的主導因素是垂向抽吸項的貢獻。在赤道海域，盡管平流項呈現(xiàn)微弱的減弱趨勢，但是垂向抽吸項的增強趨勢主導了赤道海域的浮露過程的增強趨勢。
【學位單位】：中國海洋大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2012
【中圖分類】：P731
【部分圖文】：

圖 2-1 潛沉過程示意圖。紅線表示混合層底部，水質點在時釋放于藍色星號位置，經(jīng)過一年的時間 T，水質點在時刻 t2置。hm(t1) 是水質點在時刻 t1時的混合層深度，hm(t2)是水質合層深度，黃線代表平流項對潛沉率的貢獻（hm(t1)- hm(t2)）項對潛沉率的貢獻。Figure 2-1. A schematic diagram of the subduction process. Themixed layer base, and the water particle is released in the blue stat t2. hm(t1) is the mixed layer depth of the particle at t1, hm(t2) isof the particle at t2, the yellow line is the contribution of lateral ihm(t2)) to the subduction and the green line is the contribution ofthe subduction.

圖 2-2 浮露過程示意圖。紅線表示混合層底部，水質點在時放于藍色星號位置，經(jīng)過一年的時間T，水質點在時刻t2被輸hm(t1) 是水質點在時刻t1時的混合層深度，hm(t2)是水質點在度，黃線代表平流項對浮露率的貢獻（hm(t1)- hm(t2)），綠線露率的貢獻。Figure 3. A schematic diagram of the obduction process. Thmixed layer base, and the water particle is released in the blue at t2. hm(t1) is the mixed layer depth of the particle at t1, hm(t2) isof the particle at t2, the yellow line is the contribution of lathm(t2)) to the subduction and the green line is the contribution the obduction.

本小節(jié)附圖圖3-1-1 全球晚冬混合層厚度氣候態(tài)分布，混合層底定義為位勢密度超過海洋表面位勢密度0.125 kg·m-3，北半球晚冬為3月，南半球晚冬為10月，單位是 m。Figure 3-1-1. (a) Climatological winter mixed layer depths in m (color shade) derivedfrom SODA.
【參考文獻】

相關期刊論文 前6條

1 潘愛軍;劉秦玉;劉征宇;;層結穩(wěn)定性“豁口”與北太平洋副熱帶中部模態(tài)水形成機制[J];地球物理學報;2008年01期

2 劉秦玉;胡海波;劉海龍;劉偉;;北太平洋副熱帶潛沉率及其變化中海面風的作用[J];海洋與湖沼;2006年02期

3 潘愛軍,劉秦玉;北太平洋副熱帶西部模態(tài)水形成區(qū)海洋渦旋對冬季垂直混合過程的影響[J];科學通報;2005年14期

4 孫友慶;吳德星;孟祥鳳;林霄沛;胡海波;;南太平洋潛沉率的年際、年代際變化以及異常信號的傳播[J];中國海洋大學學報(自然科學版);2007年S1期

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6 胡海波;劉秦玉;劉偉;;北太平洋副熱帶模態(tài)水形成區(qū)潛沉率的年際變化及其機制[J];海洋學報(中文版);2006年02期

相關博士學位論文 前2條

1 潘愛軍;北太平洋副熱帶模態(tài)水及其形成機制研究[D];中國海洋大學;2004年

2 胡海波;北太平洋低位勢渦度水的潛沉和向臺灣以東的輸運[D];中國海洋大學;2008年

相關碩士學位論文 前1條

1 孫友慶;南太平洋潛沉率的年際、年代際變化及其對熱帶太平洋的影響[D];中國海洋大學;2007年

本文編號：2872904