本文使用SODA（simple ocean data assimilation）海洋同化資料,系統(tǒng)分析了厄爾尼諾-南方濤動（El Ni?o-Southern Oscillation,ENSO）循環(huán)中冷暖位相期間熱帶太平洋上層海洋環(huán)流的演變規(guī)律,探討了形成海洋環(huán)流異常的新機(jī)制。結(jié)果表明,在厄爾尼諾成熟期,熱帶中東太平洋赤道潛流最弱,赤道兩側(cè)出現(xiàn)反氣旋性環(huán)流異常;西太平洋赤道外熱帶海域出現(xiàn)氣旋性環(huán)流異常,該區(qū)南、北赤道流、棉蘭老流、黑潮、新幾內(nèi)亞沿岸潛流及南赤道逆流增強(qiáng);北赤道逆流區(qū)出現(xiàn)異常氣旋性環(huán)流串,北赤道逆流接近正常。在厄爾尼諾衰退期和拉尼娜發(fā)展期,熱帶中西太平洋赤道潛流達(dá)到極強(qiáng),赤道兩側(cè)出現(xiàn)氣旋性環(huán)流異常;西太平洋赤道外熱帶海域異常環(huán)流減弱,該處主要流場的強(qiáng)度減弱或處于正常狀態(tài);北赤道逆流區(qū)反轉(zhuǎn)為異常西向流。結(jié)果表明, ENSO循環(huán)期間的上層海洋環(huán)流異常受到熱帶太平洋溫躍層深度異常產(chǎn)生的壓強(qiáng)梯度力異常調(diào)控,在赤道外熱帶海洋溫躍層深度異常和科里奧利力共同作用產(chǎn)生大尺度海洋環(huán)流異常,而在赤道海域,海洋溫躍層深度異常和Gill效應(yīng)造成赤道潛流異常以及關(guān)于赤道對稱的氣旋或反氣旋性環(huán)流異常。 

【文章來源】：海洋與湖沼. 2020,51(05)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

ENSO循環(huán)的熱帶太平洋溫躍層深度變化的兩個EOF模態(tài)

圖4為大范圍不均勻TCA在北半球熱帶海洋(圖4a,南半球相反)和在赤道海域(圖4c)呈圓形或橢圓形及北半球熱帶海洋呈緯向平直形(圖4b)分布導(dǎo)致熱帶海洋異常環(huán)流的概念模型,圖中G為水平壓強(qiáng)梯度力,C為科里奧利力,深黑色箭矢表示流向。在離赤道熱帶海洋為圓形或橢圓形(圖4a),流體運(yùn)動服從地轉(zhuǎn)平衡,當(dāng)TCA>0時,壓強(qiáng)在溫躍層深度異常的中心最大,在科里奧利力的作用下,水體流向壓強(qiáng)梯度方向右側(cè)(北半球)或左側(cè)(南半球),均呈反氣旋式異常環(huán)流,溫躍層深度變化區(qū)內(nèi)有異常下降流,中心處最大。當(dāng)TCA<0時,壓強(qiáng)在溫躍層深度中心最小,無論是在南半球還是北半球,在壓強(qiáng)梯度力和科里奧利力共同作用下,水體均呈氣旋式異常環(huán)流,溫躍層深度變化區(qū)內(nèi)有異常上升流,中心處最大。當(dāng)TCA在離赤道熱帶海洋呈緯向分布(圖4b)時,在壓強(qiáng)梯度力和科里奧利力共同作用下,北向壓強(qiáng)梯度時產(chǎn)生異常東向流,南向壓強(qiáng)梯度時產(chǎn)生異常西向流,在離赤道南側(cè)海域則流向相反。在赤道海域(圖4c),赤道上科里奧利力為零,基于Gill理論(Gill,1980),當(dāng)大范圍TCA>0跨越赤道出現(xiàn)時,由于沿赤道壓強(qiáng)梯度力的作用,在TCA中心以西沿赤道為較強(qiáng)的異常西向流并伴有異常上升流,赤道兩側(cè)為異常反氣旋性環(huán)流,環(huán)流中心為異常下降流,在TCA中心以東赤道兩側(cè)則會出現(xiàn)異常氣旋性環(huán)流(圖略),沿赤道為異常東向流和異常下降流;當(dāng)TCA<0時,由于沿赤道壓強(qiáng)梯度力的作用,在TCA中心以西沿赤道為較強(qiáng)的異常東向流并伴有異常下降流,赤道兩側(cè)流場為異常氣旋性環(huán)流,環(huán)流中心為異常上升流,TCA中心以東出現(xiàn)異常反氣旋性環(huán)流(圖略)沿赤道為異常西向流和異常上升流。由此不難解釋ENSO期間熱帶太平洋上層海洋異常水平環(huán)流的規(guī)律變化。對照圖2a—b和圖4可以清楚看到,TCA正值區(qū)往往伴隨異常反氣旋性環(huán)流,而TCA負(fù)值區(qū)則伴有異常氣旋性環(huán)流。ENSO期間西太平洋低緯度邊界流呈顯著規(guī)律性變化,在El Ni?o成熟期(圖2a1,b1),熱帶西太平洋溫躍層顯著變淺,離赤道南、北兩側(cè)為兩個TCA負(fù)值中心,據(jù)圖4a,在科里奧利力作用下,離赤道南、北兩側(cè)的熱帶海域?yàn)閮蓚�異常氣旋性環(huán)流,它們共同造成西太平洋北赤道流、棉蘭老流、黑潮、南赤道流、新幾內(nèi)亞沿岸潛流及南赤道潛流等主要邊界流的變化;在熱帶太平洋東北海域有TCA次大值中心,該處為較弱的異常反氣旋性環(huán)流;在El Ni?o衰退期(圖2a2,b2),沿12°N附近海域及熱帶西南太平洋為大范圍較弱的正TCA,據(jù)圖4a,這些海域?yàn)檩^弱異常反氣旋性環(huán)流。北赤道逆流隨ENSO演變過程中TCA的不同分布有顯著變化,在El Ni?o成熟期(圖2a1,b1)TCA極大負(fù)值中心沿北赤道逆流軸線位置呈緯向分布,表現(xiàn)為異常氣旋性環(huán)流串(圖4a),平均北赤道逆流流速變化較小,處于正常狀態(tài)。

圖1為ENSO循環(huán)過程中的熱帶太平洋TCA演變,實(shí)線表示溫躍層面上溫度異常偏高,溫躍層加深,虛線表示溫躍層面上溫度異常偏低,溫躍層變淺。熱帶太平洋TCA呈西淺東深時出現(xiàn)El Ni?o事件(圖1c),反之出現(xiàn)La Ni?a事件(圖1a)。此時,熱帶太平洋溫躍層的分布形勢為,熱帶西太平洋極值中心位于赤道北側(cè)的150°E附近的暖池海域,熱帶東太平洋極值中心位于赤道90°—120°W海域,后者絕對值稍高于前者。TCA沿赤道海洋加深、沿12°N北太平洋變淺時為El Ni?o發(fā)展或La Ni?a衰退階段(圖1b),反之為La Ni?a發(fā)展或El Ni?o衰退階段(圖1d)。此時,熱帶太平洋溫躍層的分布形勢為,平均以6°—8°N為橫軸南北向TCA蹺蹺板分布,沿6°—8°N南北兩側(cè)存在反號的TCA大值區(qū),南側(cè)TCA大值區(qū)出現(xiàn)在沿赤道太平洋中東部海域,北側(cè)TCA大值區(qū)出現(xiàn)在10°—15°N(平均12°N)北太平洋中東部海域。根據(jù)熱帶太平洋平均溫躍層深度和年平均SST與溫躍層面上溫度(約20°C)差異粗略估算表明,在熱帶太平洋,溫躍層面上溫度變化1°C大致相當(dāng)于躍層面上抬或下降10m左右。由于上層海洋垂直溫度梯度主要出現(xiàn)在溫躍層附近,熱帶西太平洋混合層深厚,溫躍層深度變化很難引起SST顯著變化,但熱帶東太平洋溫躍層較淺,溫躍層變化常導(dǎo)致SST明顯變化。1997年強(qiáng)El Ni?o事件時,熱帶東太平洋躍層面上溫度變化可達(dá)5°C左右,此時溫躍層深度較常年下降50m左右,該海域SST顯著上升;1975年強(qiáng)La Ni?a事件時,熱帶東太平洋溫躍層面上溫度變化達(dá)3.5°C,溫躍層深度較常年升高35m左右,該海域氣候溫躍層50—60m,意味此時溫躍層已接近露頭,該海域SST顯著下降。Zelle等(2004)研究表明,在ENSO循環(huán)過程中,TCA標(biāo)志了El Ni?o事件的形成和結(jié)束全過程,它是通過水體上升流和混合來實(shí)現(xiàn),而SST異常僅是El Ni?o事件在海洋表層的表現(xiàn)。Zhao等(2007)的研究表明,在ENSO形成階段,海面風(fēng)應(yīng)力的作用造成海洋環(huán)流和海溫異常及TCA不均勻分布。在ENSO事件形成后,熱帶太平洋海洋混合層水體在赤道與12°N之間海盆內(nèi)的慣性振蕩,造成熱帶太平洋大范圍TCA規(guī)則變化和海洋環(huán)流及海溫異常。由此可見,在ENSO循環(huán)的全過程中,熱帶太平洋海洋環(huán)流和海溫異常都與TCA有重要關(guān)系。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號：3408263