西太平洋暖池纬向变异规律研究

【摘要】： 西太平洋暖池汇集着世界上开阔海洋中温度最高的海水,它的维持和变化对全球天气和气候的变化起着关键性的作用。从海洋学角度全面而系统地研究西太平洋暖池的纬向变异特征、机制以及暖池纬向变异对ENSO的影响等科学问题,对深入了解发生在暖池区的海气耦合过程,全面认识暖池变异在ENSO循环及在全球气候变化中的作用是不可缺少的,该项研究具有重要的理论意义和实践意义。 本文根据长时间序列的海洋和大气资料,利用EOF、小波等分析方法较系统地研究了西太平洋暖池整层暖水纬向运移特征、暖池水体的时空振荡及暖池纬向的运移、时空振荡对ENSO的影响,分析了西太平洋暖池和东太平洋暖池对ENSO的联合影响,探讨了风场和流场对西太平洋暖池纬向变异的影响,并用一个简单的海洋模式,对暖池纬向变异的动力机制进行了诊断分析。主要研究内容及结果如下: 利用加权平均法,建立了一个表征整体暖池纬向运移的指标序列,分析了暖池纬向运移的时频特征以及暖池内部暖水在纬向运移上的差异,并探讨了暖池的纬向运移对赤道西太平洋海平面高度和温跃层深度的影响以及与ENSO的关系。结果显示:暖池的纬向运移具有显著的2-7a的年际变化和10-16a的年代际变化,并于1976年前后经历了一次气候跃变。暖池内部大致可以50m深度水层为界分为上、下两部分,暖池的上半部分纬向运移幅度非常大,而下半部分则相对较小。暖池的纬向运移不仅是赤道西太平洋海平面高度和温跃层深度异常变化的一个非常重要的直接因素,而且对ENSO的形成与发展有非常重要的作用。 为进一步了解暖池整体的时空振荡及其影响,分别对暖池厚度场、热带太平洋风应力场、海表面高度和热含量场进行了EOF分析。结果显示,西太平洋暖池水体具有大致以赤道为横轴的经向“跷跷板”式季节性反位相振荡和大致以170o E为纵轴的纬向“跷跷板”式年际反位相振荡。纬向振荡是暖池厚度异常场年际变率的的主导模态。西太平洋暖池暖水的纬向运移是造成暖池水体纬向振荡的主要原因。热带太平洋海表面高度与热含量异常场有着非常相似的ENSO时间尺度的振荡特征:即大致以5o N为横轴的经向“跷跷板”式反位相振荡和大致以170oW为纵轴的纬向“跷跷板”式反位相振荡。而与ENSO密切相关的热带太平洋风应力异常场也存在着纬向和经向两种主要模态,分别表现为近赤道的纬向风异常和远赤道的经向风异常。西太平洋暖池的纬向振荡对风应力异常存在滞后1个月左右的响应和显著的相互作用关系。西太平洋暖池纬向振荡能够造成热带太平洋水体质量与热量的重新分配,并通过强烈的海气相互作用对ENSO循环形成与发展起着重要的作用。 西太平洋暖池和东太平洋暖池是热带太平洋两个重要的暖水区。在系统分析西太平洋暖池的纬向变异和东太平洋暖池的经向变异特征基础上,提出了两暖池对ENSO循环联合影响的新观点,并建立了一个联合影响指数。结果显示,当联合指数达1.6时,则预示着一次新El Nino的发生。这为ENSO的研究和预测提供了一个新线索。 数据分析显示,赤道中太平洋的纬向风应力及上层纬向流异常是暖池纬向运移的两个重要的动力因素,且两者对暖池的纬向运移有良好的预报意义。利用一个简单的海洋模式模拟结果,分析了风驱动下的上层纬向流异常、波动(Kelvin波和Rossby波)及其在边界的反射效应对暖池纬向运移的动力影响。模式结果显示:中太平洋上层纬向流异常是西太平洋暖池纬向运移的主要驱动机制。暖池的纬向运移对波模态流具有滞后约4个月的响应,而风漂流对暖池纬向运移的影响则比较适时。波动在太平洋东、西两边界的反射效应对暖池西缩的影响较大。 【关键词】：西太平洋暖池 纬向运移 纬向振荡 ENSO 简单海洋模式
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（海洋研究所）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：P732
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 引言11-32
• 1.1 西太平洋暖池在热带海洋-大气耦合系统中的重要地位11-15
• 1.1.1 热带太平洋主要的大气环流系统12-14
• 1.1.2 热带太平洋主要的海洋环流系统14-15
• 1.2 西太平洋暖池研究概述15-27
• 1.2.1 关于西太平洋暖池的定义15-16
• 1.2.2 西太平洋暖池的海洋学变化特征及对天气、气候的影响16-20
• 1.2.3 西太平洋暖池与ENSO循环20-27
• 1.3 西太平洋暖池纬向变异规律研究的选题背景、意义27-30
• 1.3.1 西太平洋暖池研究中存在的问题27-29
• 1.3.2 西太平洋暖池纬向变异规律研究的意义29-30
• 1.4 本文的主要研究内容30-32
• 第二章 西太平洋暖池暖水纬向运移的特征和影响32-51
• 2.1 前言32-33
• 2.2 资料与方法33-37
• 2.2.1 数据描述33-34
• 2.2.2 分析方法34-35
• 2.2.3 暖池纬向运移指标序列的确定35-37
• 2.3 暖池纬向运移的时频特征37-43
• 2.3.1 年际变化37-39
• 2.3.2 年代际变化39-43
• 2.4 暖池内部暖水纬向运移的异同性43-44
• 2.5 暖池纬向运移对赤道西太平洋温跃层深度和海平面高度变化的影响44-46
• 2.6 暖池纬向运移对ENSO的影响46-49
• 2.7 小结49-51
• 第三章 西太平洋暖池水体纬向振荡及其影响51-74
• 3.1 前言51-53
• 3.2 资料和处理方法53
• 3.3 西太平洋暖池暖水时空振荡特征53-59
• 3.4 西太平洋暖池纬向时空振荡在热带太平洋上层水体时空变异中的地位59-61
• 3.5 西太平洋暖池纬向时空振荡与热带太平洋风应力异常61-64
• 3.6 西太平洋暖池纬向时空振荡在ENSO循环中的作用64-69
• 3.7 结论与讨论69-74
• 第四章 西太平洋暖池与东太平洋暖池变异对ENSO的联合影响74-89
• 4.1 ENSO研究概述74-76
• 4.2 本章研究的目的、意义76-77
• 4.3 西太平洋暖池和东太平洋暖池变异与ENSO循环77-81
• 4.3.1 西太平洋暖池东界纬向变异与ENSO循环78-79
• 4.3.2 东太平洋暖池南界经向变异与ENSO循环79-81
• 4.4 两暖池变异对太平洋上空风异常的响应81-84
• 4.4.1 西太平洋暖池纬向变异对赤道太平洋纬向风异常的响应81-83
• 4.4.2 东太平洋暖池经向变异对其上空经向风异常的响应83-84
• 4.5 两暖池对ENSO循环的联合影响84-88
• 4.6 小结88-89
• 第五章 西太平洋暖池纬向变异的动力学分析89-129
• 5.1 前言89
• 5.2 西太平洋暖池纬向运移与赤道太平洋纬向风及上层流异常89-106
• 5.2.1 资料与分析方法90
• 5.2.2 赤道太平洋纬向风应力距平场的时空特征90-93
• 5.2.3 赤道太平洋上层纬向流距平场的时空变化93-96
• 5.2.4 纬向风和流异常对暖池纬向运移的影响96-104
• 5.2.5 小结104-106
• 5.3 西太平洋暖池纬向运移的模式结果分析106-129
• 5.3.1 海洋模式介绍及设置106-115
• 5.3.2 数据资料115-116
• 5.3.3 模拟结果及验证116-118
• 5.3.4 纬向流异常对暖池运移的影响118-122
• 5.3.5 风飘流异常对暖池运移的影响122-123
• 5.3.6 波致流异常对暖池运移的影响123-127
• 5.3.7 小结127-129
• 第六章 结论与展望129-131
• 参考文献131-145
• 致谢145

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