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热带大西洋海表潜热和感热通量的季节和年际变化研究

姜华  
【摘要】: 海表潜热和感热通量的时空变化研究是全球气候变化研究和气候系统能量平衡和淡水收支的重要方面。但受热通量资料质量的局限,目前关于热通量的时空变化的研究不多。基于海表潜热和感热通量的时空变化在全球变化中的重要性和海表潜热和感热通量研究对热通量资料产品精度的依赖性,本文重点就现有热通量资料产品的质量和热带大西洋海表潜热和感热通量的季节和年际变化开展较深入的研究。 以基于船测资料的SOC(Southampton Oceanography Center)和基于锚定浮标观测的PIRATA(Pilot Research Moored Array in the Tropical Atlantic)热通量产品为参照,对WHOI(Woods Hole Oceanography Institute)综合分析、NCEP1(NCEP/NCAR Reanalysis)和NCEP2(NCEP/DOE AMIP-Ⅱ Reanalysis)再分析热通量产品在热带大西洋的精度进行了评估。结果认为NCEP1和NCEP2产品中,由算法所带来的误差在信风区远远大于赤道区;在信风区,由算法所带来的误差是基本变量所带来的误差的3-4倍,在赤道区,为1-2倍。在热带大西洋大部分区域内,WHOI对湍动热通量的平均场和时间变化的估计精度要高于NCEP1和NCEP2产品。WHOI在信风区内对潜热通量的量值和时间变化的估计要好于赤道区。在赤道区,WHOI对海气湿度差的估计相对于PIRATA偏高,直接导致其对潜热通量的估计偏差。综合分析认为,WHOI热通量资料产品是目前各资料产品中最适合使用和值得信赖的资料产品。 分析确定了热带大西洋海表潜热和感热通量的季节变化的主要特征及其成因。发现在南北两信风区,风速和海气湿度差的变化几乎是同位相的,平均背景风速和海气湿度差都较大,他们互相加强彼此对潜热通量变化的贡献,所以海洋潜热损失最大是发生信风南北两区的各自风速和海气湿度差都较大的冬季。在赤道冷舌区,平均的背景海气湿度差比较小,所以平均风速背景下的海气湿度差的 热带大西洋海表潜热和感热通量的季节和年际变化研究 变化主导该区的潜热通量的变化。赤道冷舌区海表温度又主导着海气湿度差的变 化,所以该区海洋的潜热损失最大发生海表温度最高的3一5月份。在气候平均 的工TCZ区,平均的背景海气湿度差比较大,所以平均海气湿度差背景下风速的 变化主导潜热通量的变化,因此该区潜热损失最大值发生在风速最大的6一8月 份。在巴西以北的暖水区,尽管海气湿度差的变化和风速的变化都较大,但二者 在区域内总是反相,彼此削弱了对潜热通量变化的贡献,所以该区潜热通量的变 化振幅较小,最终由风速的变化主导潜热通量的变化。感热通量的变化主要由海 气温差的变化主导。 借助SVD、EOF和MTM谱分析等分析方法,分析了热带大西洋潜热和感热通量 年际变化的主要特征。发现湍动热通量的前两个EOF模态主要描述的是位于ITCZ 南北两侧的信风区的湍动热通量的变化。第一模态EOF时间系数的M翎谱给出了 约两个半月的周期变化和2一3年的准周期变化。第二模态给出了2一3年的变化信 号。在赤道冷舌区,SST变化对湍动热通量的变化起主要作用,赤道冷舌区以外 风速变化对潜热通量变化影响最大。基于图像分析,认为ITCZ位置和强度存在 2一3年的变化周期,El Nino年ITCZ变化的南北跨度最小,推断Walker环流异 常可能是ITCZ位置和强度年际变化的主要作用。 热带太平洋ENSO事件通过对Walker环流的调整减小热带大西洋ITCZ区的风 速值,湍动热通量亦随之减小。热带大西洋的增暖事件中,东风减弱,西风加强, 赤道冷舌区海洋的潜热和感热损失随SST的增暖而增大,ITCZ区海洋的潜热和感 热损失则伴随着风速的减小而减小。SST Dipole年北半球异常的西南风导致湍动 热通量在中非西海岸至ITCZ区的双倍减小,它会进一步扩大北半球的SST异常。 SST和湍动热通量的祸合场的第一模态所表征的是西风加强一冷舌区SST升 高一海表潜热和感热损失在冷舌区增大的湍动热通量变化的驱动过程。在第二模 态中,由SST Dipole驱动的越赤道的异常风,只在SST梯度较大的北半球ooN一10ON 的区域较强。此异常风在柯氏力的作用下,在北半球形成与背景的东风反向的异 常西风,使得ooN一10oN的风速减小,潜热通量减小,于是在该区域内形成的正的 海表温度异常振幅被放大。 本文主要创新和贡献主要有以下几点。确定了各热通量资料产品的误差范围 和其适用的对象,确定了计算误差和基本变量场存在误差间的比例;首次揭示了 热带大西洋海表潜热和感热通量的季节和年际变化研究 潜热和感热通量在热带大西洋5个不同的气候敏感区域的变化特征及成因:揭示 了热带大西洋湍动热通量、SST和湍动热通量祸合模态及ITCZ位置和强度存在 2一3年的年际变化,并确定出EI Nino年ITCZ变化南北跨度最小的现象;提出了 热带大西洋类El Nino事件中,西风加强分冷舌区SST升高斗冷舌区海表潜热 和感热热损失增加的湍动热通量变化的驱动过程。


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