混合率的年际到年代际变化对赤道太平洋的影响
跨越等密度面的混合(diapycnal mixing，下面简称为混合)控制着海洋中的热盐环流和向极热输送，对全球气候系统的维持和变化有重要影响。海洋中的混合过程是由风和潮汐输入的机械能维持的，这些机械能的变化会导致海洋中混合率的变化。最近一些研究表明，在过去几十年里，全球风输入到海洋中的机械能发生了大的年际到年代际时间尺度的变化，因此海洋中的混合率也应该存在相应的变化。
考虑到风输入到海洋中机械能的年际到年代际变化，利用一个大洋环流模式，本文研究了混合率的年际到年代际变化对赤道太平洋的影响。本文采用的模式是Hallberg Isopycnal Model(HIM)，这是一个等密度面坐标模式，其优点是可以有效地避免z一坐标模式中水平混合和平流引起的虚假跨密度面混合。本文的模式域是30°S~30°N之间的赤道太平洋地区。在本文的实验中，混合率在整个模式域内，或者模式域内的部分地区是周期性变化的。此外，本文还运行了混合率和风应力在模式域内同时变化的实验。
本文的研究结果表明，当混合率在整个模式域内周期性变化时，赤道太平洋地区的海表温度和环流系统等都出现了一系列周期性的变化，其中最明显的变化是出现在赤道地区中一东部，特别是Nin03区(5°S~5°N，150°W~90°W)的海表温度异常(SSTA)。当混合率呈现正异常时，Nin03 SSTA为负异常；而当混合率呈现负异常时，Nin03 SSTA为正异常。当混合率变化的振幅一定时，Nin03SSTA的变化幅度随混合率变化周期的增长而增大；而当混合率变化周期一定时，Nin03 SSTA的变化幅度随混合率振幅的增大呈线性增大。
在动力学上，模式中Nin03 SSTA的变化是由混合率变化诱发的赤道环流系统的变化以及大尺度波动引起的。当混合率为正异常时，强烈的混合将更多的次表层冷水夹卷到表层，致使表层温度降低。在Nin03区，温跃层较浅，冷水更容易被夹卷到海面，因此那里的SSTA变化最明显。另一方面，海洋上层的冷却导致海平面的降低，进而引起海盆东西方向压强梯度力的变化，这种变化增强了赤道附近向西的表层流和次表层向东的赤道潜流。赤道环流系统的这些异常变化进一步增强了Nino3 SSTA的变化。当混合率为负异常时，Nino3 SSTA和赤道环流系统表现为相反的异常。此外，混合率的周期性变化还可以在赤道外地区激发出向西传播的等密度面深度异常信号。这些信号具有与混合率相同的周期，自东边界向西传播。当它们到达西边界后，可以转化为：Kelvin波，进而影响。Nino3 SSTA和赤道环流系统。 在过去几十年里，风输入到赤道太平洋地区的机械能发生了大的年际到年代际时间尺度的变化，但这些变化在整个海盆内并不是一致的，因此赤道太平洋地区的混合率并不是一致变化的。本文的研究表明，不同地区混合率的变化对Nino3SSTA的影响是不同的。Nino3区混合率的变化对Nino3 SSTA的影响最强，这是由局地垂向平流的变化和大尺度波动共同作用引起的。而在其它地区，只能通过大尺度波动影响Nino3 SSTA，因此与Nino3区相比，这些地区混合率的变化对Nino3 SSTA的影响相对较弱。但是，西北太平洋地区混合率的变化对Nino3 SSTA仍有重要影响。这个区域是热带气旋活跃的区域，热带气旋在海洋中诱发的混合是高度局地的，在大洋环流模式中，可以通过改变局地的混合率，近似地研究热带气旋等中小尺度天气过程对大洋的影响。西北太平洋地区的热带气旋对赤道地区的海表温度有一定的负反馈作用，并且还会导致黑潮的减弱。另外，局地混合率的变化对局地海表温度也会产生一定的影响。
赤道太平洋地区维持混合的机械能分别来自当地的风应力和中、高纬度海区。在赤道太平洋地区，当地风应力的变化对Nino3 SSTA也有重要影响，但本文的研究表明，这种影响与混合率变化对Nino3 SSTA的影响几乎是相互独立的。
因此，混合率的年际到年代际变化对赤道太平洋地区有重要影响，在以后的ENSO以及太平洋年代际振荡(PDO)的研究中应该考虑这种作用，此外，在以后的混合率参数化研究中应该考虑外部输入的机械能对混合率的影响。
跨密度面混合;机械能;赤道太平洋;热带气旋
中国海洋大学
博士
物理海洋
王伟
2006
中文
P731.26;P721
125
2007-08-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）