海氣熱通量是海氣相互作用中的重要物理量，其熱力學(xué)屬性直接關(guān)系到氣候的變化，因而其研究意義不言而喻。然而，長(zhǎng)期以來(lái)，全球以及區(qū)域性熱通量的量化和變化均沒(méi)有定論。眾多研究對(duì)海氣熱通量的關(guān)注集中在海氣邊界層范圍內(nèi)，包括熱通量的參數(shù)化過(guò)程、海氣之間熱物理變量的觀測(cè)以及各種觀測(cè)之間的橫向比對(duì)。 本文將從海洋自身熱收支平衡出發(fā)，選取沿等溫度線，等地形線和兩者結(jié)合的三種對(duì)原始熱方程體積積分方式，在量化出控制體其它熱量過(guò)程前提下，逆求得滿足熱平衡過(guò)程的海氣熱收支，定量估計(jì)出符合物理約束的全球以及區(qū)域性海洋積分平均的海氣熱通量，診斷基于9種氣候態(tài)熱通量資料（實(shí)際觀測(cè)，客觀分析以及再分析資料等）的計(jì)算誤差，為今后正確估計(jì)和理解熱通量量級(jí)和變化提供合理的參考。主要關(guān)注的科學(xué)問(wèn)題為，進(jìn)入全球無(wú)冰海洋和有冰海洋的量級(jí)分別為多少？大尺度海洋和大氣環(huán)流對(duì)全球以及區(qū)域熱通量變化的貢獻(xiàn)是什么？ 為了研究上述問(wèn)題，本文分別選取全球無(wú)冰海洋，西太平洋暖池，地中海，有冰海洋和高緯度水團(tuán)生成率為研究的基本物理背景，全方位多角度的展現(xiàn)在不同積分條件下對(duì)熱通量的約束過(guò)程，以及在此基礎(chǔ)之上的海氣熱通量的變化及與該變化相關(guān)的氣候事件，獲取的主要科學(xué)結(jié)論如下： 1.設(shè)置定常的全球海洋垂向混合系數(shù)k v1.5×10~(-4)m~2s~(-1)，大約有4.2Wm~(-2)的能量進(jìn)入以5oC等溫線為代表圈定的無(wú)冰海洋，而根據(jù)全球海洋表面能量守恒原則，無(wú)冰海洋得到的熱量以沿等溫線熱耗散的形式進(jìn)入有冰漂移和覆蓋的海洋區(qū)域，從而釋放到大氣中，量級(jí)上約為-44.8Wm~(-2)。物理的假定和數(shù)據(jù)的誤差會(huì)使得上述結(jié)果存在較大的不確定性，同時(shí)，高緯度低溫陸地與高溫海洋之間的熱量交換有可能影響最終的估計(jì)結(jié)果。由于全球海洋的機(jī)械能向海洋內(nèi)能的轉(zhuǎn)化與海洋表面的熱能相比是個(gè)小量，因而，在理論上，海洋與大氣的熱交換在氣候態(tài)年平均意義下應(yīng)該趨于平衡。進(jìn)入西太暖池和地中海地區(qū)的年平均熱通量分別為27.9Wm~(-2)和-3.3Wm~(-2)。以9種氣候態(tài)熱通量驅(qū)動(dòng)的高緯度水團(tuán)生成率（又稱全球海洋Hadley環(huán)流）年平均僅有2.1Sv，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于前人估計(jì)的20+Sv，但是半球冬季熱通量驅(qū)動(dòng)，高緯度水團(tuán)生成率可以接近7Sv； 2.基于上述的物理約束結(jié)果，得出OAFlux+ISCCP，NOCSv2.0，CFSR和MERRA的氣候態(tài)熱通量普遍呈現(xiàn)熱誤差，平均而言，熱誤差大小居于10Wm~(-2)和20Wm~(-2)之間；ERA-40表現(xiàn)出強(qiáng)烈的冷誤差屬性，平均達(dá)到-10Wm~(-2)以上。除去地中海之外，NCEP的產(chǎn)品表現(xiàn)了穩(wěn)定的冷誤差屬性，但是，保持在個(gè)位數(shù)以內(nèi)。CORE.2和ERA-Interim的氣候態(tài)熱通量診斷結(jié)果顯示不同地區(qū)呈現(xiàn)的冷熱誤差不一，其在全球無(wú)冰海洋呈現(xiàn)熱誤差屬性，而在暖池地區(qū)等呈現(xiàn)冷誤差，究其原因在于目前存在的全球氣候態(tài)熱通量估計(jì)對(duì)高緯度熱通量的估計(jì)不足，在接近海冰邊緣的位置，應(yīng)該有更多的熱量釋放到大氣中以滿足全球能量平衡。結(jié)合高緯度水團(tuán)生成率判斷，南北熱力差不足以驅(qū)動(dòng)全球的20+Sv的高緯度水團(tuán)生成率，更加證明了對(duì)高緯度的海洋失熱過(guò)程把握不夠是目前熱通量普遍存在的問(wèn)題； 3.對(duì)全球平均的氣候態(tài)海氣熱通量來(lái)說(shuō)，海洋大氣環(huán)流僅僅是內(nèi)部過(guò)程，它們起到的作用是調(diào)節(jié)區(qū)域海氣熱力交換，影響局部氣候變化，例如其對(duì)高緯度熱通量的調(diào)整過(guò)程與高緯度大氣濤動(dòng)在物理上是一致的，統(tǒng)計(jì)上具有接近90%的相關(guān)關(guān)系（95%置信區(qū)間），西太平洋暖池地區(qū)湍熱耗散過(guò)程由赤道表面急流和赤道潛流的季節(jié)性剪切決定。在全球變暖背景下，兩極地區(qū)海冰驟減，直接影響到對(duì)海洋的“棉被”保暖效應(yīng)，使得極地冰冠大氣對(duì)流層獲得額外的3-10Wm~(-2)的熱量異常，直接造成了極地地區(qū)的增暖放大效應(yīng)，同時(shí)對(duì)高緯度水團(tuán)生成，以及深對(duì)流驅(qū)動(dòng)的全球熱鹽環(huán)流產(chǎn)生深刻的影響，從而加劇了氣候變化的進(jìn)程。
【學(xué)位單位】：中國(guó)海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：B
【學(xué)位年份】：2012
【中圖分類】：P732.6
【部分圖文】：

大問(wèn)題有關(guān)的科學(xué)問(wèn)題（見(jiàn)下小節(jié)）。本文所選取的有冰和無(wú)冰的海洋是根據(jù)實(shí)測(cè)資料來(lái)規(guī)劃的，基于此規(guī)劃，在下文全球的計(jì)算中采用的是相同的海陸冰點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)。圖0-4黃線顯示根據(jù)美國(guó)海洋大氣局最優(yōu)插值海表面溫度第二版（OISSTv2.0）計(jì)算的氣候態(tài)無(wú)冰海洋的邊緣，其中計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)選擇為海冰覆蓋率大于 15% 的海域定義為海冰區(qū)域，而其他區(qū)域?yàn)樽杂蔁o(wú)冰海洋區(qū)域（參考美國(guó)國(guó)家冰雪中心的定義，National Snow & Ice Data Center，NSIDC），而圖 0-4 中深綠色線表示最小的海冰拓展，即在各半球夏季時(shí)冰退卻到最靠近極點(diǎn)。目前存在 3 類 9 種海氣熱通量的數(shù)據(jù)集，包括客觀分析產(chǎn)品，再分析資料和最新的再分析資料。然而這 9 種資料給出的全球無(wú)冰海洋的平均海氣凈熱通量各不一致。圖 0-5 所示 9 種資料的全球平均結(jié)果基本分為三檔

8 9 種氣候態(tài)熱通量資料的全球無(wú)冰海洋凈熱通量估計(jì)數(shù)值，計(jì)算基于同樣的 1o×1o 的海陸冰網(wǎng)格點(diǎn)（圖 0-4 黃用面積權(quán)重法計(jì)算，即180 360 180 3601 1 1 1( , ) ( , ) ( , )i j i jQ Q i j A i j A i j= = = == ∑∑ ∑∑ ，其中Q和 A分別代表凈熱通量以及所在點(diǎn)的

凈太陽(yáng)短波輻射在全球的分布，從兩圖綜合可以看出，在中低緯度，氣候態(tài)含量在到達(dá)海洋表面的凈短波輻射中扮演重要角色，云比例含量低的區(qū)域?qū)ο鄬?duì)較強(qiáng)的太陽(yáng)輻射，而在高緯度地區(qū)，不但太陽(yáng)的高度角變小，云含量還較多，因而凈太陽(yáng)短波輻射較小。另外一項(xiàng)研究（Chen 等，2000）表明，的云類型對(duì)云的反射率亦不同，并且通過(guò)模式計(jì)算量化了不同的云類型對(duì)應(yīng)同的反射率（詳見(jiàn)其表 1）。本小節(jié)目的僅僅表述與太陽(yáng)短波輻射有關(guān)的參和可能影響的物理過(guò)程，具體的影響原因研究不在本文包含之內(nèi)，以期待更相關(guān)研究會(huì)在這方面出現(xiàn)。

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 沈輝;渤黃東海海表冷暖水舌的時(shí)空變化及機(jī)理分析[D];浙江大學(xué);2015年

本文編號(hào)：2831375