【摘要】： 南極繞極流(ACC)是全球氣候變化研究的熱點區(qū)域之一。由于觀測資料缺乏,目前關(guān)于繞極流的研究還相當薄弱。本文結(jié)合衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)和水文數(shù)據(jù),采用一種新的流函數(shù)空間投影方法研究了澳大利亞以南的強流區(qū)域,針對亞南極鋒(SAF)的可能分支現(xiàn)象給出確定性的描述,并研究了繞極流平均流結(jié)構(gòu)和強度的季節(jié)和年際變化規(guī)律;在Sun Watts(2001)工作基礎(chǔ)上,將地轉(zhuǎn)經(jīng)驗模態(tài)方法拓展到以海表高度表征的流函數(shù)空間,利用該方法研究了南極中層水的中尺度變化,提出鋒面波傳播影響南極中層水生成演化的新觀點。具體成果如下: 利用澳大利亞以南繞極流連續(xù)兩年的實測資料對AVISO提供的衛(wèi)星高度計絕對動力地形數(shù)據(jù)ADT進行了驗證,結(jié)果表明ADT能夠反映該區(qū)域繞極流的中尺度現(xiàn)象。利用ADT數(shù)據(jù)對流函數(shù)空間中繞極流的平均流結(jié)構(gòu)進行了研究,發(fā)現(xiàn)速率最大值并不對應于一個固定的海表高度值,其受地形影響很大。ACC平均流結(jié)構(gòu)在SR3斷面上下游不同,而且表現(xiàn)出明顯的季節(jié)和年際變化。這說明用速度場定義亞南極鋒存在空間和時間局限性,而澳大利亞學者提出的亞南極鋒的雙分支結(jié)構(gòu)并不是一個穩(wěn)定可靠的繞極流特征;在季節(jié)變異方面,SR3區(qū)域的繞極流平均路徑變化較小,而在下游變化較大。SR3區(qū)域繞極流的強度具有半年周期的變化,在3月和8月份較強,但這種半年信號只是局部現(xiàn)象,在SR3上下游具有不同的季節(jié)變化規(guī)律,其空間差異反映了地形對繞極流季節(jié)變化的顯著影響;在年際變化方面,SR3區(qū)域繞極流在2000年達到最強,1997年最弱,其信號比季節(jié)信號要強。上下游強度的年際變化基本和SR3一致,只是在極值出現(xiàn)的年份上有所差別。本文還探討了繞極流強度年際變化的動力機制,認為大氣西風環(huán)流在1998年的增強可能通過斜壓調(diào)整過程導致了繞極流在2000年前后的增強。 在Sun Watts(2001)提出的地轉(zhuǎn)經(jīng)驗模態(tài)的基礎(chǔ)上,本論文利用衛(wèi)星高度計數(shù)據(jù)和水文數(shù)據(jù)構(gòu)建了基于海表高度的地轉(zhuǎn)經(jīng)驗模態(tài)場(H-GEM),能夠表征繞極流區(qū)域超過95%的實際溫鹽變化。與實測資料的比較發(fā)現(xiàn),基于Argo數(shù)據(jù)的H-GEM場是通過衛(wèi)星高度計反演繞極流三維結(jié)構(gòu)的一種有效方法。論文進一步在流函數(shù)空間中對SR3斷面水文數(shù)據(jù)進行了EOF分析,結(jié)果表明SR3區(qū)域南極中層水的變化和亞南極鋒的鋒面波傳播有關(guān)。本文定義SR3斷面上亞南極鋒的方向角為鋒面波指數(shù),當鋒面波指數(shù)為正時,對應著較多的中層水跨越亞南極鋒,而鋒面波指數(shù)為負時,對應著較少的中層水跨越亞南極鋒。對鋒面波指數(shù)的譜分析表明,鋒面波有約為130天的周期。利用高度計資料計算的鋒面波相速度為4cm/s,波長為450km。
【學位授予單位】：中國科學院研究生院（海洋研究所）
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：P715.6
【圖文】：

還可以積分出動力高度，并計算其水平梯度進而得到三維斜壓流速場的時間序列(Sun & Watts 2001, Watts et al. 2001)。圖2.1 澳大利亞以南區(qū)域地形及SAFDE實驗儀器陣列圖。黑圈、點和星號分別代表IES、海流計和HEFR站點。陰影是ETOPO5底地形，等值線是AVISO提供的平均動力地形圖，右圖中的粗實線表示SR3觀測站點。2.1.3 海流計SAFDE觀測項目在1997年3月共回收了4套完整的海流計錨定系統(tǒng)，其中3套放置在沿SR3斷面的位置，和之前AUSSAF項目投放的海流計位置一致(Philips &Rintoul 2000, 2002)，另外1套放置在東部的IES陣列上。本文利用上層海流計的觀測來驗證ADT數(shù)據(jù)，用深層的數(shù)據(jù)來比較ADT和IES觀測的差別。7第02期 張林林：基于衛(wèi)星高度計的南極繞極流的流函數(shù)空間分析 A010-1-11

ADT(左)和IES(右)的海面高度所反映的不同時間的表層流場。上(1995年11月96年1月10日)，下(1996年3月6日)。海面高度由彩色表示，黑圈和矢量分別表站點和海流計在300dbar的流速。2 地轉(zhuǎn)流文比較了ADT、ADH和IES所得到的地轉(zhuǎn)流的時間序列，發(fā)現(xiàn)ADT和A測符合的比較好。ADT和IES所得出的地轉(zhuǎn)流的緯向分量和經(jīng)向分量分別為0.9和0.85。由于ADT和ADH之間唯一的差別只是平均場不同IES之間的相關(guān)性和ADT是一致的。圖2.4給出了ADT和IES得到的地轉(zhuǎn)上的均方根誤差(RMS) 。對于IES陣列之間的站點，緯向流和經(jīng)向流8cm/s和12cm/s；而在IES陣列外邊緣處的RMS則比較大，這可能是由9

基于衛(wèi)星高度計的南極繞極流的流函數(shù)空間分析數(shù)據(jù)在處理過程中使用的外插方法導致的。同時，ADH和IES之間的RMS比ADT要大，這說明了ADT和IES觀測更符合。另外，從幾個站點的速率比較也可以看出ADT和IES之間的一致性(圖2.5)。博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 2011年 第02期 基礎(chǔ)科學輯 A010

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 ;Delayed baroclinic response of the Antarctic circum-polar current to surface wind stress[J];Science in China(Series D:Earth Sciences);2008年07期

本文編號：2790240