赤道中印度洋经向海流与热量输运经向结构的季节变化及动力机制

发布时间：2018-04-12 00:35

  本文选题：经向海流 + 经向质量输运　； 参考：《中国海洋大学》2014年博士论文

【摘要】：本文通过分析RAMA印度洋观测浮标系统在0°,80.5°E附近布放的锚系ADCP资料，处理2008年8月至2012年8月的数据，对多年平均状态下赤道中印度洋经向流结构及其气候态季节变化进行了分析。为了研究赤道上层经向环流特征，本文从涡度方程出发进行推导，建立了一个完整的理论框架解释方程物理意义以及经向海流与质量输运的动力学机制。该理论框架通过ROMS数值模拟实验进行了有力的证明。赤道中印度洋上层质量与热量输运在季节尺度上也在本文进行了探讨。 根据数据分析得到结论，赤道上年平均状态的西风异常驱动了表层经向辐聚与次表层辐散的结构。这与太平洋大西洋Subtropical Cell (STC)结构在赤道部分的经向流方向刚好相反。表层北向流与次表层南向流构成的上层赤道翻转环流叠加在这个反向的STC结构上，将辐聚辐散的核心推动到北半球。前人的研究结论认为赤道两侧经向流都是由南向Ekman流主导。本文对年平均状态经向流的分析指出了该结论的不足之处。 本文对经向流季节变化的研究中发现，北半球的夏季与冬季，风应力旋度引起的南向与北向的Sverdrup输运占主导，与上100米层经向输运几乎相等。但春季和秋季季风转换季节，经向流表现出完全不同的经向结构。4月份与10月份，80.5°E经向断面上经向流与年平均状态下类似，呈现反向的STC结构。5-6月与11月份，上100米层一致的经向辐散现象迅速占据主导。决定年平均状态的相位是春秋季节经向流的辐聚辐散现象，而并不是前人结论中提到的夏季季风带来的南向Sverdrup输运。 对涡度方程推导后物理意义的解释，完善了上层赤道海洋经向海流与质量输运的动力学机制。赤道中印度洋经向海流与质量输运是由流体柱垂向拉伸或压缩带来的涡度通量变化和局地风应力旋度带来的位势涡度输入共同驱动而产生的。其中，驱动涡度通量变化的直接原因是关于赤道对称的纬向风应力与纬向压强梯度力之差所带来的海表面高度（SSH）随时间的变化以及流体柱底的垂向流速。海水必须通过南北向移动改变行星涡度来维持涡度通量的守恒。流体柱垂向拉伸或压缩驱动的经向流，与根据纬向动量方程中科氏力、关于赤道对称的纬向风应力和纬向压强梯度力三者的平衡关系计算得到的经向流在形式上完全一致。 由此理论框架出发，5-6月SSH的升高与11-12月SSH的降低，很好的解释了上层经向质量输运与Sverdrup输运之差，从而解释了赤道中印度洋上层经向质量输运的机制。长时间平均过程中，方向相反的冬夏季风引起反向的Sverdrup输运很大程度上相互抵消，因此春秋季节的经向流状态决定了平均状态。北半球春秋季节，与太平洋和大西洋相反的STC结构可以解释为4月份与10月份的西风爆发，而上层一致的辐散可以解释为西风消退阶段西向强压强梯度力带来的结果。上层赤道翻转流结构叠加在辐聚辐散现象上，带来了半球间不对称的现象。 在赤道上层海洋经向海流与质量输运动力学机制的基础上，对2009,2010和2011年三年经向海流随时间的变化进行分析，，初步研究了ENSO与IOD事件对赤道中印度洋上层经向环流的影响。研究结果发现，El Nino发生所带来的赤道中印度洋北半球冬季的东风异常与IOD发生所带来的北半球秋季的东风异常给经向海流带来了截然不同的影响。El Nino加强了11月份上层的辐散，而IOD事件几乎完全抹去了11月份经向流辐散现象。对于异常海气相互作用现象对赤道中印度洋上层经向流的影响还有待于进一步研究。 赤道经向质量输运与热量输运的变化机制也通过同样的理论框架进行了解释：北半球夏季与冬季相反的风场引起相反的Sverdrup输运与热量输运。7-9月质量与热量输运向南而12-3月向北。北半球春季与秋季显著的辐散现象使得2.0°N质量与热量输运在年平均状态下方向向北，与前人的研究大不相同。对整个热带印度洋纬向积分的跨2.5°S的经向热量输运在研究中进行了估算，大小为-0.81PW至-1.48PW之间。经向热量输运沿经向的正梯度说明，在平均状态下经向水平热通量有使赤道海域热含量不断流失的趋势。 本研究的研究结果发现许多新的现象，并成功予以动力学机制上的解释。很大程度上发展了赤道印度洋上层环流动力学，加深了对赤道经向热量输运的认识。为将来印度洋海水质量空间分布，半球间热量交换等研究打下了很好的基础。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P731.2

【共引文献】

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本文编号：1738412