太平洋北赤道流输运及分叉线变化特征

【摘要】：太平洋北赤道流(NEC)是上层西向洋流,流至大洋西边界菲律宾以东外海附近分叉(bifurcate)成为北向黑潮和南向棉兰老流的主体,因此北赤道流既是副热带环流的南支,又是热带环流的北支。本文将NEC副热带环流支称为NEC北支,NEC热带环流支称为NEC南支。在不同深度层次上,NEC南北支的交界面向西一直伸展至西边界与分叉点相连接形成分叉线。近年来的研究表明在温跃层中NEC分为三支,除了黑潮和棉兰老流两支西边界流外,还有一支直接从大洋内区流向赤道(本文中简称NEC内支),所以在每一层中NEC有两条分叉线,分别称为西边界分叉线和内区分叉线。NEC中分叉线的位置与NEC三支环流通量密切相关,后者的变化直接影响向西边界和低纬度内区的质量和热量输送,改变太平洋热带和副热带的热量分配和热结构,进而影响局地或全球气候。因此,有关NEC分叉线和通量变化的研究是深入理解太平洋副热带和热带环流以及热输送的重要组成部分,对于理解大洋环流本身和气候变化都有重要意义。 本文利用Maryland大学大气海洋科学学院的最新版SODA(Simple Ocean Data Assimilation)资料(0.5°*0.5°,1958-2007)分析研究NEC,采用新的追踪判别法定量确定了NEC分叉线及通道,给出了NEC西边界分叉线和内区分叉线的气候变化特征。长期平均的西边界分叉线随深度向北偏移,内区分叉线随深度呈以180°E为轴顺时针旋转状。季节变化上,NEC西边界分叉线的平均位置在6月份最南、12月份最北,内区分叉线则春夏偏南、秋冬偏北。同时必需指出分叉线既是时间的函数,又是空间的函数。NEC北(南)支的体积输运为冬季大(小)夏季小(大),西边界处12月份最大(小),6月份最小(大),所以,NEC南、北支的体积输运在一定程度上呈互补关系,但南支的季节变化幅度仅为北支的一半左右,说明影响NEC输运的季节变化以北支为主。在不同深度层次上,NEC南、北支通道的平均速度与通道宽度基本呈反位相变化。与此同时,通道内的变化以140°E为分界其两侧有所不同,分界两侧的输运及对输运影响的主要变量都存在着明显的差异。 在ENSO发展时期春季直至强盛期冬季,NEC西边界分叉线南北位移始于内区且快速传播到西边界,呈现厄尔尼诺(拉尼娜)年相对于平均年份偏北(偏南);在拉尼娜年内区通道通畅,内区分叉线可出现在较深层次上,且分叉线较平均年位置偏北,而在厄尔尼诺年内区分叉线只出现在较深浅层次上,内区通道阻塞。NEC南北支通道整体的体积输运厄尔尼诺年均大于拉尼娜年,NEC北支通道尤为明显。NEC流型的主模态分析表明,流场强度近50年来有减弱的趋势,且在70年代末80年代初存在突变现象。对年代际和异常强弱年季节变化的分析显示,当流型异常减弱时,内区通道的纬向宽度增加,通道可扩展到更深的层次。在年际和年代际变化上,各个层次NEC南北支通道的体积输运都呈现相互补偿的特征。 50年逐月资料分析表明,在季节变化上NEC流场对热带地区风应力旋度的响应最为显著,NEC流场滞后风应力旋度3~4个月相关最好,并且在一层半模式中得到证实。用风应力驱动的一层半模式结果还证实了以下的资料分析特征:厄尔尼诺(拉尼娜)加强时期西边界分叉线向北(南)移动,厄尔尼诺(拉尼娜)减弱时期西边界分叉线向南(北)移动。风应力旋度零线对NEC西边界分叉位置起决定性作用,场内的风应力旋度的增加(减小),将通过Rossby波和沿岸Kelvin波的传播引起棉兰老涡的增强(减弱)及低纬中东太平洋环流系统的东移(西移),从而引起西边界分叉线北移(南移)及内区通道的减小(增大)。