【摘要】：熱帶西太平洋一直以來(lái)是氣候?qū)W和物理海洋學(xué)的重點(diǎn)研究海域之一。此海域的海洋動(dòng)力和海水屬性，熱力狀態(tài)的變化與熱帶天氣、氣候變化過(guò)程變化以及我國(guó)的天氣、生態(tài)、漁業(yè)、軍事國(guó)防等方方面面的科學(xué)問(wèn)題緊密地聯(lián)系著。這個(gè)區(qū)域擁有世界大洋中最為復(fù)雜的環(huán)流系統(tǒng)，包括赤道流系、西邊界流系和跨海盆的貫穿流。縱橫交錯(cuò)的各支海流將形成于不同海域的水團(tuán)帶到熱帶西太平洋，經(jīng)過(guò)劇烈而復(fù)雜的對(duì)流和混合之后，流入到很多其它重要的海域，如赤道太平洋，熱帶印度洋，還有我國(guó)的南海和東海。因此，熱帶西太平洋是一個(gè)溫躍層水團(tuán)的十字路口(Fine et al.,1994)，這些水團(tuán)的路徑和變化規(guī)律都極大程度上決定于這些流系走向和變化。因此，對(duì)海域的環(huán)流系統(tǒng)進(jìn)行深入的研究是非常必要和有巨大科學(xué)意義的，同時(shí)對(duì)于加深我們對(duì)世界大洋的氣候變化和我國(guó)的環(huán)境變化的理解有著重大幫助。 本文利用現(xiàn)有的AVISO，Quikscat觀測(cè)資料，ECMWF風(fēng)場(chǎng)，OSCAR流場(chǎng)再分析資料，結(jié)合一層半的線性約化重力模式，對(duì)熱帶西太平洋的幾個(gè)重要流支從不同尺度進(jìn)行了分析和探討。重點(diǎn)針對(duì)幾個(gè)科學(xué)問(wèn)題進(jìn)行了深入研究，圍繞“熱帶西太平洋表層環(huán)流的多尺度變化”這個(gè)核心，闡述了幾個(gè)重要的科學(xué)問(wèn)題，得到了一些比較有新意的結(jié)論。重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了菲律賓海作為西太的重要海域其流場(chǎng)變化的獨(dú)特性和作用。 本論文首先研究了菲律賓海域的高頻變化特征，特別針對(duì)半年變化特征進(jìn)行分析探討。分析表明，明顯的半年變化特征主要集中在兩個(gè)緯度帶。一個(gè)是位于呂宋海峽以東的北菲律賓海(19°N-22°N)，一個(gè)是位于棉蘭老島東南側(cè)的南菲律賓海(4°N-7°N)，這兩個(gè)海區(qū)的半年調(diào)和振幅都超過(guò)了4cm，在整個(gè)年變化過(guò)程中，其半年變化的貢獻(xiàn)分別達(dá)到了12%和17%。盡管SSH變化有著明顯的半年特征，但是北赤道流分叉緯度卻表現(xiàn)出極弱的半年信號(hào)，其半年振幅僅僅達(dá)到了0.3°。就這兩個(gè)區(qū)域來(lái)看，其年變化同相位，對(duì)NBL產(chǎn)生一致的作用，然而他們的半年變化卻是反相位的，因此兩個(gè)海區(qū)對(duì)于NBL的影響是相反作用，進(jìn)而彼此抵消，因此NBL半年變化表現(xiàn)的異常之弱。利用ECMWF風(fēng)場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的一層半線性約化重力模式，我們對(duì)兩個(gè)緯度帶的半年變化機(jī)制進(jìn)行了探討，我們發(fā)現(xiàn)南北菲律賓海的變化均主要是靠局地風(fēng)場(chǎng)強(qiáng)迫作用產(chǎn)生的。Rossby波信號(hào)從中東太平洋向西傳播，對(duì)于這種半年信號(hào)的貢獻(xiàn)非常之弱，這主要是由于沿途的耗散和局地風(fēng)場(chǎng)的抵消作用。半年信號(hào)在北菲律賓海僅僅反應(yīng)的是東亞季風(fēng)系統(tǒng)的信號(hào)，但是在南菲律賓海反應(yīng)的卻是季風(fēng)轉(zhuǎn)換和ITCZ經(jīng)向擺動(dòng)年變化的共同作用。這部分工作主要突出的成果有兩方面，首先明確闡釋了兩個(gè)半年變化突出的海域；其次利用模式和衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)合理的解釋了這兩個(gè)區(qū)域的半年變化。 本文另一個(gè)重要的研究成果，是棉蘭老穹頂（MD）對(duì)于NEC分叉緯度的影響和貢獻(xiàn)。MD的位置緊靠NEC分叉緯度并且伴有持續(xù)的海洋變率。我們通過(guò)20年的衛(wèi)星觀測(cè)資料和一層半的線性模式探討了MD對(duì)于NEC分叉緯度的影響。我們發(fā)現(xiàn)分叉緯度不僅僅與分叉區(qū)域的SSH變化有關(guān)，更和MD區(qū)域的SSH變率緊密相關(guān)。MD的SSH在分叉緯度靠南的時(shí)候?qū)Ψ植婢暥犬a(chǎn)生了重要影響，尤其是2-9月的時(shí)候。MD在四五月份的時(shí)候阻止了分叉緯度的南下，并在七八月份的時(shí)候延緩了其北上，由此導(dǎo)致了分叉緯度季節(jié)變化的嚴(yán)重不對(duì)稱(chēng)性（+0.64）。而靠南年份下MD的作用更加強(qiáng)烈，由此導(dǎo)致的分叉緯度Yb的不對(duì)稱(chēng)性也就更加明顯。在年際和年代際等更長(zhǎng)時(shí)間尺度下，MD放大了分叉緯度振幅。其貢獻(xiàn)達(dá)到了20%左右，并對(duì)分叉緯度近二十年來(lái)以每年0.12°的速度南移趨勢(shì)做出了突出貢獻(xiàn)。因此，隨著分叉緯度的南下趨勢(shì)，MD在不同尺度下對(duì)于分叉緯度的影響會(huì)越發(fā)明顯和重要。 我們最后的一部分工作便是針對(duì)西太平洋表層的NECC變化進(jìn)行的。利用OSCAR的流場(chǎng)再分析資料，結(jié)合AVISO的表層地轉(zhuǎn)流數(shù)據(jù)，首先分析了NECC表層在西太平洋的季節(jié)變化特征。通過(guò)表層流和SSH數(shù)據(jù)，NECC的源頭和下游的流強(qiáng)度，流軸位置，地轉(zhuǎn)/Ekman輸送等方面表現(xiàn)出不同的季節(jié)變化信號(hào)。就源頭處而言，輕微的半年信號(hào)出現(xiàn)在了NECC強(qiáng)度變化中，但是流軸變化伴隨著明顯的半年信號(hào)。OSCAR得到的流強(qiáng)度達(dá)到了~1.4×105m2s-1。其流軸的最南位置發(fā)生12-1月，主要是由于MD的擴(kuò)張作用，但是最北位置發(fā)生在了4-7月，這主要是由于哈馬黑拉渦（HE）的擴(kuò)張?jiān)斐伞６鳫E的SSH在十一月份的第二次上升過(guò)程造成了流軸的半年信號(hào)。在下游區(qū)域，流強(qiáng)度在上(下)半年達(dá)到了最小(大)值，其流強(qiáng)度在8月和11月表現(xiàn)出兩次最大值。下游的流軸位置季節(jié)振幅大約比源頭大3°。不論是源頭還是下游的NECC變化，都不能完全用地轉(zhuǎn)輸送來(lái)解釋NECC流強(qiáng)度。地轉(zhuǎn)輸送和Ekman輸送的結(jié)合作用，造成了NECC流強(qiáng)度在上游弱的半年變化和下游的雙最大值現(xiàn)象。特別就下游而言，北側(cè)環(huán)流可以反映NECC強(qiáng)度，但是北側(cè)環(huán)流并不是絕對(duì)的地轉(zhuǎn)流，這主要是由于Ekman的貢獻(xiàn)非常明顯。NECC的流強(qiáng)度和位置都受到了波信號(hào)的影響，不同的是，源頭處的NECC受到9-11(3-7)月與局地西(東)傳的Rossby(Kelvin)波信號(hào)相關(guān)的HE和與西傳的Rossby信號(hào)相關(guān)的MD共同作用所控制；然而下游僅僅受到與西傳Rossby信號(hào)相關(guān)的北側(cè)環(huán)流控制。 利用相同的數(shù)據(jù)對(duì)西太平洋表層的NECC年際年代際變化進(jìn)行的分析和探討，主要通過(guò)流強(qiáng)度，位置，流軸長(zhǎng)度并伴隨著局地環(huán)流過(guò)程和中尺度信號(hào)的變化過(guò)程。在1997-1998年和2009-2010年的El ni o事件中，NECC急流的強(qiáng)度表現(xiàn)出明顯的起落，位置靠北，并且流路徑加長(zhǎng)。而在1993-1995和2002-2005年中部型的暖事件中，流強(qiáng)度也有明顯增加，但是流軸位置和路徑的變化不是特別明顯。這種響應(yīng)差異主要是不同El ni o事件的本質(zhì)差異造成的。就1998和2010年，NECC流軸南側(cè)反射的upwelling Kelvin波伴隨著有La ni a事件激發(fā)的NECC流軸北側(cè)的Downing Rossby信號(hào)，通過(guò)地轉(zhuǎn)信號(hào)減弱了NECC強(qiáng)度，因此造成NECC的年際波峰到波谷的變化特征。而這個(gè)過(guò)程在1993-1995和2002-2005年是不存在的。通過(guò)正壓不穩(wěn)定性，加強(qiáng)的NECC急流在暖事件中激起了異常強(qiáng)的渦活動(dòng)信號(hào)，從而造成了1998和2010年NECC系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，利用一層半的線性約化重力模式，我們揭示了NECC系統(tǒng)在過(guò)去五十年的紅移特征。在過(guò)去二十年主要是由準(zhǔn)年代際信號(hào)控制，并且更多的受到西太平洋局地風(fēng)場(chǎng)強(qiáng)迫的作用，與ENSO相關(guān)的風(fēng)場(chǎng)強(qiáng)迫緩慢變化特征相吻合。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院（海洋研究所）
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類(lèi)號(hào)】：P731.2

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本文編號(hào)：2763235