论文部分内容阅读
本文围绕天气系统对海洋环流的影响、考虑海洋表层流速对海气界面通量和海洋环流的长期影响以及南大洋能量循环对西风带变化的响应等关键科学问题,利用耦合海冰的高分辨率全球海洋模式MITgcm-ECCO2,通过一系列敏感性试验揭示大洋环流的响应特征和变异机理。通过对比大气强迫场中包含和不包含天气尺度大气活动的两个敏感性试验结果,研究天气尺度大气活动对海洋环流的影响。发现在海气界面通量计算中考虑天气尺度大气活动后使得海气通量显著增强,尤其在中高纬区域。海气通量的加强引起了一系列显著变化:风场输入到海洋中的能量和涡动能增加了约50%;副热带环流强度增强了约10-15%,亚极地环流强度增强的更为显著;天气尺度大气活动也使得北大西洋区域的深对流更活跃,进而使得北大西洋翻转环流(AMOC)的强度增强了约55%,以及海洋中经向热输送的最大值增加了几乎50%。上述结果表明天气尺度大气活动在驱动全球海洋环流和海洋经向热输送中起着重要作用,因此在以后的气候研究中应考虑天气尺度大气活动对海洋环流的影响。另一显著影响风场输入到海洋中能量的因素是:计算海表面风应力和浮力通量时考虑海洋表层流速和海表面大气风速的相对运动可以改变通量计算结果,即“相对风效应”。这一效应使得风场输入到海洋中的能量减弱,进而导致涡动能减弱。本文首次研究了“相对风效应”对全球海洋环流的长期影响。“相对风效应”使得海洋环流显著减弱,主要有:(1)全球积分的海洋涡动能(EKE)和平均动能(MKE)分别减弱了约27%和12.5%;(2)水平环流的强度减弱了 10-15%;(3)拉布拉多海区域深对流的强度减弱了约20%;(4)AMOC强度减弱了约12.6%;(5)海洋经向热输送的最大值减弱了 0.2 PW,进而导致北大西洋海表面温度降低以及表面热损失减弱等。敏感性试验的结果表明:在风应力的计算中包含海洋表层流的影响主导了上述变化。随后研究了南大洋能量循环对增强的西风带的响应。用1992和1998年的大气强迫驱动模式,其中1992年表现为弱西风带年,而1998年为强西风带年。增强的西风带使得南大洋中各种能量形式都有相应的增加,EKE增加了约30%,其次为MKE增加了 17.9%,扰动有效位能(EAPE)增加了 8.6%,平均有效位能(MAPE)增加了 6.5%。海洋中动能和有效位能产生率的增幅较为接近,EAPE(MKE)的产生率增长了 21%(26%)。各能量之间的转化率也显著增强,其中MKE和MAPE之间的转化率增强了 75%,MAPE和EAPE之间的转化率增强了 78%,表明西风带增强后南大洋能量转化的斜压路径整体都有所增强。南大洋各能量之间的转化率受大地形的显著影响,尤其是EKE和MKE之间的能量转化,在大地形附近能量从EKE转化到MKE,而在其他区域能量从MKE转化到EKE。西风带增强后,大地形附近各能量之间的转化率都有所增强,而从EAPE到EKE和从EKE到MKE的能量转化率增幅大于从MKE到MAPE和从MAPE到EAPE的转化率增幅。