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热带太平洋和印度洋海温不对称性的数值模拟

华莉娟  
【摘要】: 本文前半部分主要是利用中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG)发展的一个全球海洋环流模式LICOM2.0,在观测风应力的强迫下进行了一系列的数值试验,探讨ENSO不对称性的物理机制及其对气候平均态的贡献,以及它们二者之间的关系。 本文利用海洋环流模式进行了一个控制试验和两个敏感性试验来评估模式对不同风应力的响应:控制实验是由气候平均的风应力驱动,积分44年;两个敏感性试验是在气候平均的风应力基础上仅在热带太平洋南北纬30度之间添加ERA40的月平均风应力距平作为强迫场,同样积分44年。两个敏感性试验的差别在于风应力距平的方向是相反的。 观测和模拟结果均指出ENSO的不对称现象不仅出现在海表也出现在次表层。主要特点是在东太平洋SST偏斜系数为正数,而在西太平洋SST偏斜系数为负数。说明东太平洋SST暖异常的振幅大于冷异常的振幅,西太平洋SST冷异常的振幅大于暖异常的振幅。在赤道东太平洋次表层海温的偏斜系数是正数,而在赤道西太平洋次表层海温的偏斜系数是负数。说明赤道东太平洋次表层海温暖异常的振幅大于冷异常的振幅,赤道西太平洋次表层海温冷异常的振幅大于暖异常的振幅。这些特征与ENSO暖位相时期的特征一致,即东太平洋SST为暖异常,西太平洋次表层海温为冷异常。由此说明:El Nino的强度大于La Nina的强度,ENSO冷暖位相是不对称的。 利用模式试验还讨论了ENSO对气候平均态的贡献。发现ENSO使得赤道东太平洋海温升高,赤道西太平洋海温降低。对此,我们通过模式试验给出了解释。次表层海温非线性平流和垂直对流项可能是导致赤道东太平洋升温的主要原因,而Rossby波激发的垂直上升流和经向辐合则是造成赤道西太平洋降温的主要原因。同时,考虑到很多大气方面的文章中运用了涡动动量和热量来解释大气中的上升流和下降流,在文章中也利用了涡动动量和热量来解释海洋中的垂直上升流。 在文章的后半部分,我们利用同样的方法进行数值试验,把风应力距平加在热带印度洋区域,利用海洋环流模式LICOM模拟了热带印度洋年际异常的不对称性及其对气候平均态的影响。在观测风应力距平的强迫下,评估了模式对热带印度洋季节变化、海温异常偶极子模态(IOD)及其不对称性的模拟能力,并且通过数值试验分析了IOD不对称性特征及其对气候平均态的影响。对照观测资料,模式较好地再现了热带印度洋SST在季风驱动下的季节变化特征。在年际时间尺度上,模式不仅能够再现IOD指数的变化趋势,而且可以成功模拟出IOD模态的空间分布特征,即表层和次表层海温在西印度洋表现为正异常,在东印度洋表现为负异常。可见对于热带印度洋而言,IOD模态主要是对风应力异常的响应。热带印度洋海温与Nino3.4指数的相关性分析表明模式能够模拟出超前热带太平洋ENSO现象2~4个月时海温的偶极子型分布,但是不能模拟出滞后ENSO现象2个月左右的全海盆增暖模态,可能是因为模式试验中没有考虑热通量年际异常的作用。同时模式模拟的IOD模态具有同观测结果相类似的不对称性,进一步的敏感性试验表明风应力的不对称性对偶极子指数的不对称性贡献较小,次表层及以下海温的不对称性可能主要是受到海洋内部非线性动力过程的影响。通过数值试验,本文还发现热带印度洋海温的不对称性对气候平均态会有影响,而这种不对称性长期积累后,会导致上层热带印度洋温度层结趋于稳定状态。


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