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。