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《中国海洋大学》 2010年 博士论文
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印度洋偶极子东西极演变机制及联系

孙双文  
【摘要】: 印度洋偶极子(IOD)是发生在热带印度洋上的海气耦合事件,是年际尺度上热带印度洋变化的主要模态之一,同时也是全球气候系统年际变化的重要组成部分,其发生对周边乃至全球的气候有显著影响。探讨IOD事件的发生机制和发展过程及东、西极之间的联系对全球气候变化的研究有重要意义。 本文使用HadISST、SODA等数据资料,较全面的分析了IOD期间热带印度洋海表面温度(SST)及温跃层深度的变化规律。并使用HYCOM模拟的结果进行混合层热收支分析,研究了混合层温度的变化与各海洋动力、热力过程的联系。分析了IOD期间流场的异常情况及其对IOD发展的作用。并通过一系列数值实验,对风场、热通量场,及印度洋不同区域的大气强迫场各自在IOD东、西极发展中所起的作用进行了评价。主要结论如下: 一、IOD期间SST及温跃层深度的变化规律。西极SST的正异常3-4月开始发展,并可维持较长时间,其增暖以赤道以南部分为主。东极SST负异常9-10月达到峰值,随后经历了一个迅速的增暖过程,SST转化为显著的正异常。IOD东、西极SSTA的变化均与nino3.4指数呈正相关关系,东、西极SSTA的变化也为正相关。东、西极温跃层深度的变化为明显的负相关关系,且东极的变化提前西极两个月左右。 二、应用混合层热收支分析,评价了独立及伴随El Nino发生的两类IOD事件中与海表面热通量、水平、垂向对流过程所起的作用。结果表明,独立IOD事件具有开始及达到峰值的时间提前,以东极的温度异常为主,消衰后不出现海盆一致增暖现象的特点。原因是1、独立IOD事件中风场异常出现较早,导致动力过程造成的东极降温的时间提前;2、伴随El Nino发生的IOD事件中,西极的增暖受垂向对流过程与海表面热通量正异常的共同影响。独立IOD事件中海表面热通量正异常很弱,且由于东风异常出现及结束的时间较早,因此动力过程不能继续对西极起到加温的作用,导致西极没有出现显著的增暖;3、伴随El Nino发生的IOD事件后期,海表面热通量的正异常不论强度还是作用区域都远远大于独立IOD事件,为东极的反弹提供了能量。且独立IOD事件中由于反弹的时间出现较早,此时沿岸动力过程造成的降温作用仍然存在,削弱了热通量带来的增暖作用。 三、对IOD期间流场异常及流场EOF分解的结果表明,流场异常10月份前发展缓慢,10月显著增大,11月流场异常最强,这是与风场的变化相联系的。在两类IOD事件中,流场异常在三维空间中的分布和发展变化具有很强的一致性。各断面流场异常的EOF分解的第一模态均为与IOD事件相联系的模态。第一模态的时间系数在IOD年,包括发生独立IOD事件的年份,均出现了显著的峰值。可见,热带印度洋的流场的异常主要是受IOD事件控制的,而非受El Nino的影响。 四、通过使用不同大气强迫场进行驱动的数值实验表明,仅用风场异常能够基本模拟出IOD的发展,但在东极SSTA的反弹及西极增暖延长的过程中,热通量扮演着比风场更重要的角色。在独立发生及伴随El Nino发生的两类IOD事件中,西极SSTA强度的差别主要是海表面热通量场的不同导致的。风场异常的过早结束和热通量场没有出现正异常是1994年西极没有出现明显异常的根本原因。 东印度洋的SSTA信号可以通过Rossby波的西传影响到西印度洋,但东、西极SSTA主要是在当地强迫场的影响下产生和发展,相关性较弱。其中西极长时间增暖的现象也主要是西印度洋局地强迫产生的。与SSTA的变化不同,东、西极的温跃层深度异常总是同时发展的,表现出明显的偶极子型分布,具有相互诱导的关系。不论在中东印度洋还是西印度洋风场的强迫下,温跃层深度异常的分布趋势是大致一致的。东印度洋的强迫场对IOD期间的温跃层深度变化的影响大于西印度洋。


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