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热带、副热带西北太平洋海平面低频变化机制的研究

作　者: 顾小丽
导　师: 李培良
学　校: 中国海洋大学
专　业: 物理海洋学
关键词: 海平面低频变化一层半约化重力模式副热带逆流副热带模态水
分类号: P732
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 45次
引　用: 1次
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内容摘要

本文利用卫星高度计观测数据和长期验潮站资料,结合一层半约化重力理论模型结果,从风驱Rossby波动力、副热带逆流-北赤道流(STCC-NEC)系统垂向剪切的斜压不稳定、再生环流区副热带模态水(STMW)发展入侵等角度,研究黑潮延伸体以南的热带、副热带北太平洋西部海域海平面低频变化规律以及变化机制,探讨如下几个方面的内容：风驱Rossby波动力对海平面低频变化的贡献、作为高涡动能能量来源的STCC-NEC系统垂向剪切斜压不稳定对海平面变化的影响、再生环流区的大气动力条件通过副热带模态水的入侵过程对其南侧副热带海区海平面变化的影响,以及海平面低频变化的可预报性。北太平洋海面高度均方差分布有较大的空间差异,黑潮延伸体附近海域、北赤道流流域和副热带逆流区域海面高度均方差较大；而对于低频均方差NEC区域仍较显著,副热带逆流区则显著减小。20°N以南的低纬度海平面年际变化显著,空间连贯性较好；20-30°N之间的副热带海域低频振幅小,空间一致性差。ENSO事件和PDO对研究区域海平面变化有较好的相关性。基于验潮站资料,风驱一层半约化重力模式能非常好的反映观测的海平面低频变化特征。随着模拟信号站点与起始边界站点间的距离增加,模拟与观测数据的相关性减小,模拟效果变差,这是因为Rossby波传播路径越长,风应力旋度及模型自身局限导致的误差累积增大。基于高度计观测的模拟可见180°以东海域、30°N以北和8°-20°N纬带间的广阔海区模拟结果较好,而7°N以南、165°E以西和20°-30°N、170°以西区域的模拟不够准确。模拟效果较好的海区,说明模式能很好的解释海面高度年际变化特征。这些区域犹如海平面低频变化的信息通道,风应力旋度异常在该纬带累积引起的海面高度异常以Rossby波作为载体西向传播,从而可以根据东侧海区海平面低频变化和风应力旋度的累积实现西侧海区海平面低频变化的预报。对于模拟效果不佳的区域,模式自身的局限是重要因素,该区域低频变化幅度较小也是预报结果不理想的原因之一。预报不佳海域海表风应力旋度表现为负异常,且分别对应着北赤道逆流和副热带逆流这两个上层纬向地转流向东的区域,东向地转流区、风应力旋度负异常区和模型难以解释SLA低频变化区域,这三者在地理位置上的吻合说明它们存在一定的内在相关性。耗散系数的选取对不同纬度模式模拟效果也有影响,随纬度升高,耗散系数取值相应减小,模式模拟结果的准确性有所提高。25°N以南的STCC区域是涡动能(EKE)异常高值区,SLA与EKE之间有良好的滞后相关关系,STCC区域西部的SLA可根据EKE的变化作出预测,尤其是低频SLA的变化。STCC区域平均的SLA与Ekman输运水平辐合项表现出较好的正相关,该区Ekman温度梯度辐合增加引起该区跃层的倾斜加强,跃层的倾斜使得STCC-NEC系统在垂直方向产生较大的剪切,导致较强的斜压不稳定,从而造成EKE水平加强。这一过程对该区海平面的低频变化有直接影响。25°N以北的的副热带海区,与亚热带模态水(STMW)的生成区相邻,SLA的低频变化与STMW形成、南侵过程密切相关。STMW的露头区位于28°N以北、黑潮延伸体以南,在100米以下可向南入侵到25°N区域。1993-1997年该区混合层深度加深,16°-18℃层厚度较大,STMW的位涡较小,该时期的SLA处于负位相；1998-2001年间混合层深度变浅,16°-18℃层厚度减小,STMW区域的位涡异常高,对应的SLA总体上表现为正异常。SLA滞后16°-18℃层间厚度6个月达到最大负相关-0.45；SLA滞后位涡6个月左右达到最大正相关0.51。STMW生成区冬季(12-3月)海表净热通量与最大混合层深度为负相关。STMW生成区冬季较强的海面动量通量导致海表大量散热,对应着下一年副热带区域春夏季较低的海平面异常,夏秋季则相反。在年际尺度上，冬季(12-3月)最大风应力异常与最大混合层深度年际变化表现出较好的正相关关系,海表净热通量和动量通量与副热带海区的SLA表现为超前后者的负相关。海气相互作用强烈的年份,海洋大量散热,较多极低位涡的STMW生成,这些模态水因具有低温且垂向均一的特征,生成后向南入侵的过程中引起副热带海域比容海平面的异常低值,从而导致30°N以南亚热带海区海面高度的低异常。STMW生成区的上层大气条件与副热带区域海平面的年周期和低频变化均存在遥相关关系。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
1 前言  11-18
  1.1 海平面变化的研究意义  11-12
  1.2 海平面变化研究进展  12-14
  1.3 热带、副热带北太平洋海平面研究进展  14-16
  1.4 本文内容  16-18
2 数据、方法和模型介绍  18-22
  2.1 数据来源  18-19
    2.1.1 卫星高度计资料  18
    2.1.2 验潮站资料  18
    2.1.3 动量通量数据  18-19
    2.1.4 SODA资料  19
    2.1.5 海表热通量及其他数据  19
  2.2 一层半约化重力(RG)模式  19-20
  2.3 经验模态分解法(EMD)  20-22
3 北太平洋海平面均方差及低频变化特征  22-29
  3.1 北太平洋海平面均方差分布  22-26
  3.2 北太平洋海平面低频变化的影响因素  26-28
    3.2.1 海平面低频变化与ENSO的相关性分析  26-27
    3.2.2 海平面低频变化与PDO的相关性分析  27-28
  3.3 小结  28-29
4 热带、副热带西北太平洋约化重力模型结果  29-45
  4.1 高度计数据及验潮站资料的初步分析  29-31
  4.2 验潮站资料的模型结果  31-34
  4.3 高度计资料的模式结果  34-41
  4.4 耗散系数对模式结果的影响  41-43
  4.5 小结  43-45
5 副热带海域海平面低频变化的影响机制  45-73
  5.1 海平面低频变化特征  45-49
    5.1.1 海平面变化趋势分布特征  45-46
    5.1.2 海平面低频变化西传特征  46-49
  5.2 涡动能与海平面低频变化的关系  49-59
    5.2.1 涡动能变化特征  49-52
    5.2.2 涡动能水平与海平面变化的关系  52-56
    5.2.3 STCC区海平面低频变化机制  56-59
  5.3 副热带模态水对副热带海平面低频变化的影响  59-71
    5.3.1 副热带模态水的变化特征  59-62
    5.3.2 副热带模态水低频变化与海平面变化的关系  62-66
    5.3.3 副热带模态水对海平面低频变化的影响机制  66-71
  5.4 小结  71-73
6 结论和展望  73-76
  6.1 结论  73-75
  6.2 展望  75-76
参考文献  76-81
致谢  81-82
个人简历及研究生期间发表的学术论文  82

热带、副热带西北太平洋海平面低频变化机制的研究

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