ENSO相联系的热带太平洋上层海洋异常环流
发布时间：2021-09-24 18:50
本文使用SODA（simple ocean data assimilation）海洋同化资料,系统分析了厄尔尼诺-南方涛动（El Ni?o-Southern Oscillation,ENSO）循环中冷暖位相期间热带太平洋上层海洋环流的演变规律,探讨了形成海洋环流异常的新机制。结果表明,在厄尔尼诺成熟期,热带中东太平洋赤道潜流最弱,赤道两侧出现反气旋性环流异常;西太平洋赤道外热带海域出现气旋性环流异常,该区南、北赤道流、棉兰老流、黑潮、新几内亚沿岸潜流及南赤道逆流增强;北赤道逆流区出现异常气旋性环流串,北赤道逆流接近正常。在厄尔尼诺衰退期和拉尼娜发展期,热带中西太平洋赤道潜流达到极强,赤道两侧出现气旋性环流异常;西太平洋赤道外热带海域异常环流减弱,该处主要流场的强度减弱或处于正常状态;北赤道逆流区反转为异常西向流。结果表明, ENSO循环期间的上层海洋环流异常受到热带太平洋温跃层深度异常产生的压强梯度力异常调控,在赤道外热带海洋温跃层深度异常和科里奥利力共同作用产生大尺度海洋环流异常,而在赤道海域,海洋温跃层深度异常和Gill效应造成赤道潜流异常以及关于赤道对称的气旋或反气旋性环流异常。
【文章来源】：海洋与湖沼. 2020,51(05)北大核心CSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
ENSO循环的热带太平洋温跃层深度变化的两个EOF模态
图4为大范围不均匀TCA在北半球热带海洋(图4a,南半球相反)和在赤道海域(图4c)呈圆形或椭圆形及北半球热带海洋呈纬向平直形(图4b)分布导致热带海洋异常环流的概念模型,图中G为水平压强梯度力,C为科里奥利力,深黑色箭矢表示流向。在离赤道热带海洋为圆形或椭圆形(图4a),流体运动服从地转平衡,当TCA>0时,压强在温跃层深度异常的中心最大,在科里奥利力的作用下,水体流向压强梯度方向右侧(北半球)或左侧(南半球),均呈反气旋式异常环流,温跃层深度变化区内有异常下降流,中心处最大。当TCA<0时,压强在温跃层深度中心最小,无论是在南半球还是北半球,在压强梯度力和科里奥利力共同作用下,水体均呈气旋式异常环流,温跃层深度变化区内有异常上升流,中心处最大。当TCA在离赤道热带海洋呈纬向分布(图4b)时,在压强梯度力和科里奥利力共同作用下,北向压强梯度时产生异常东向流,南向压强梯度时产生异常西向流,在离赤道南侧海域则流向相反。在赤道海域(图4c),赤道上科里奥利力为零,基于Gill理论(Gill,1980),当大范围TCA>0跨越赤道出现时,由于沿赤道压强梯度力的作用,在TCA中心以西沿赤道为较强的异常西向流并伴有异常上升流,赤道两侧为异常反气旋性环流,环流中心为异常下降流,在TCA中心以东赤道两侧则会出现异常气旋性环流(图略),沿赤道为异常东向流和异常下降流;当TCA<0时,由于沿赤道压强梯度力的作用,在TCA中心以西沿赤道为较强的异常东向流并伴有异常下降流,赤道两侧流场为异常气旋性环流,环流中心为异常上升流,TCA中心以东出现异常反气旋性环流(图略)沿赤道为异常西向流和异常上升流。由此不难解释ENSO期间热带太平洋上层海洋异常水平环流的规律变化。对照图2a—b和图4可以清楚看到,TCA正值区往往伴随异常反气旋性环流,而TCA负值区则伴有异常气旋性环流。ENSO期间西太平洋低纬度边界流呈显著规律性变化,在El Ni?o成熟期(图2a1,b1),热带西太平洋温跃层显著变浅,离赤道南、北两侧为两个TCA负值中心,据图4a,在科里奥利力作用下,离赤道南、北两侧的热带海域为两个异常气旋性环流,它们共同造成西太平洋北赤道流、棉兰老流、黑潮、南赤道流、新几内亚沿岸潜流及南赤道潜流等主要边界流的变化;在热带太平洋东北海域有TCA次大值中心,该处为较弱的异常反气旋性环流;在El Ni?o衰退期(图2a2,b2),沿12°N附近海域及热带西南太平洋为大范围较弱的正TCA,据图4a,这些海域为较弱异常反气旋性环流。北赤道逆流随ENSO演变过程中TCA的不同分布有显著变化,在El Ni?o成熟期(图2a1,b1)TCA极大负值中心沿北赤道逆流轴线位置呈纬向分布,表现为异常气旋性环流串(图4a),平均北赤道逆流流速变化较小,处于正常状态。
图1为ENSO循环过程中的热带太平洋TCA演变,实线表示温跃层面上温度异常偏高,温跃层加深,虚线表示温跃层面上温度异常偏低,温跃层变浅。热带太平洋TCA呈西浅东深时出现El Ni?o事件(图1c),反之出现La Ni?a事件(图1a)。此时,热带太平洋温跃层的分布形势为,热带西太平洋极值中心位于赤道北侧的150°E附近的暖池海域,热带东太平洋极值中心位于赤道90°—120°W海域,后者绝对值稍高于前者。TCA沿赤道海洋加深、沿12°N北太平洋变浅时为El Ni?o发展或La Ni?a衰退阶段(图1b),反之为La Ni?a发展或El Ni?o衰退阶段(图1d)。此时,热带太平洋温跃层的分布形势为,平均以6°—8°N为横轴南北向TCA跷跷板分布,沿6°—8°N南北两侧存在反号的TCA大值区,南侧TCA大值区出现在沿赤道太平洋中东部海域,北侧TCA大值区出现在10°—15°N(平均12°N)北太平洋中东部海域。根据热带太平洋平均温跃层深度和年平均SST与温跃层面上温度(约20°C)差异粗略估算表明,在热带太平洋,温跃层面上温度变化1°C大致相当于跃层面上抬或下降10m左右。由于上层海洋垂直温度梯度主要出现在温跃层附近,热带西太平洋混合层深厚,温跃层深度变化很难引起SST显著变化,但热带东太平洋温跃层较浅,温跃层变化常导致SST明显变化。1997年强El Ni?o事件时,热带东太平洋跃层面上温度变化可达5°C左右,此时温跃层深度较常年下降50m左右,该海域SST显著上升;1975年强La Ni?a事件时,热带东太平洋温跃层面上温度变化达3.5°C,温跃层深度较常年升高35m左右,该海域气候温跃层50—60m,意味此时温跃层已接近露头,该海域SST显著下降。Zelle等(2004)研究表明,在ENSO循环过程中,TCA标志了El Ni?o事件的形成和结束全过程,它是通过水体上升流和混合来实现,而SST异常仅是El Ni?o事件在海洋表层的表现。Zhao等(2007)的研究表明,在ENSO形成阶段,海面风应力的作用造成海洋环流和海温异常及TCA不均匀分布。在ENSO事件形成后,热带太平洋海洋混合层水体在赤道与12°N之间海盆内的惯性振荡,造成热带太平洋大范围TCA规则变化和海洋环流及海温异常。由此可见,在ENSO循环的全过程中,热带太平洋海洋环流和海温异常都与TCA有重要关系。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Mixed-layer water oscillations in tropical Pacific for ENSO cycle[J]. ZHAO YongPing1,CHEN YongLi1,WANG Fan1 & WU AiMing2 1 Institute of Oceanology,Chinese Academy of Sciences,Qingdao 266071,China;2 Department of Earth & Ocean Sciences,University of British Columbia,Vancouver,BC,V6T 1Z4,Canada. Science in China（Series D:Earth Sciences）. 2007(12)
[2]热带太平洋海洋混合层水体振荡与ENSO循环[J]. 赵永平,陈永利,王凡,吴爱明. 中国科学（D辑:地球科学）. 2007(08)
[3]BIFURCATION OF THE NORTH EQUATORIAL CURRENT DERIVED FROM ALTIMETRY IN THE PACIFIC OCEAN[J]. WANG Qing-ye Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China Graduate School of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039, China HU Dun-xin Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China. Journal of Hydrodynamics（Ser.B）. 2006(05)
本文编号：3408263
【文章来源】：海洋与湖沼. 2020,51(05)北大核心CSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
ENSO循环的热带太平洋温跃层深度变化的两个EOF模态
图4为大范围不均匀TCA在北半球热带海洋(图4a,南半球相反)和在赤道海域(图4c)呈圆形或椭圆形及北半球热带海洋呈纬向平直形(图4b)分布导致热带海洋异常环流的概念模型,图中G为水平压强梯度力,C为科里奥利力,深黑色箭矢表示流向。在离赤道热带海洋为圆形或椭圆形(图4a),流体运动服从地转平衡,当TCA>0时,压强在温跃层深度异常的中心最大,在科里奥利力的作用下,水体流向压强梯度方向右侧(北半球)或左侧(南半球),均呈反气旋式异常环流,温跃层深度变化区内有异常下降流,中心处最大。当TCA<0时,压强在温跃层深度中心最小,无论是在南半球还是北半球,在压强梯度力和科里奥利力共同作用下,水体均呈气旋式异常环流,温跃层深度变化区内有异常上升流,中心处最大。当TCA在离赤道热带海洋呈纬向分布(图4b)时,在压强梯度力和科里奥利力共同作用下,北向压强梯度时产生异常东向流,南向压强梯度时产生异常西向流,在离赤道南侧海域则流向相反。在赤道海域(图4c),赤道上科里奥利力为零,基于Gill理论(Gill,1980),当大范围TCA>0跨越赤道出现时,由于沿赤道压强梯度力的作用,在TCA中心以西沿赤道为较强的异常西向流并伴有异常上升流,赤道两侧为异常反气旋性环流,环流中心为异常下降流,在TCA中心以东赤道两侧则会出现异常气旋性环流(图略),沿赤道为异常东向流和异常下降流;当TCA<0时,由于沿赤道压强梯度力的作用,在TCA中心以西沿赤道为较强的异常东向流并伴有异常下降流,赤道两侧流场为异常气旋性环流,环流中心为异常上升流,TCA中心以东出现异常反气旋性环流(图略)沿赤道为异常西向流和异常上升流。由此不难解释ENSO期间热带太平洋上层海洋异常水平环流的规律变化。对照图2a—b和图4可以清楚看到,TCA正值区往往伴随异常反气旋性环流,而TCA负值区则伴有异常气旋性环流。ENSO期间西太平洋低纬度边界流呈显著规律性变化,在El Ni?o成熟期(图2a1,b1),热带西太平洋温跃层显著变浅,离赤道南、北两侧为两个TCA负值中心,据图4a,在科里奥利力作用下,离赤道南、北两侧的热带海域为两个异常气旋性环流,它们共同造成西太平洋北赤道流、棉兰老流、黑潮、南赤道流、新几内亚沿岸潜流及南赤道潜流等主要边界流的变化;在热带太平洋东北海域有TCA次大值中心,该处为较弱的异常反气旋性环流;在El Ni?o衰退期(图2a2,b2),沿12°N附近海域及热带西南太平洋为大范围较弱的正TCA,据图4a,这些海域为较弱异常反气旋性环流。北赤道逆流随ENSO演变过程中TCA的不同分布有显著变化,在El Ni?o成熟期(图2a1,b1)TCA极大负值中心沿北赤道逆流轴线位置呈纬向分布,表现为异常气旋性环流串(图4a),平均北赤道逆流流速变化较小,处于正常状态。
图1为ENSO循环过程中的热带太平洋TCA演变,实线表示温跃层面上温度异常偏高,温跃层加深,虚线表示温跃层面上温度异常偏低,温跃层变浅。热带太平洋TCA呈西浅东深时出现El Ni?o事件(图1c),反之出现La Ni?a事件(图1a)。此时,热带太平洋温跃层的分布形势为,热带西太平洋极值中心位于赤道北侧的150°E附近的暖池海域,热带东太平洋极值中心位于赤道90°—120°W海域,后者绝对值稍高于前者。TCA沿赤道海洋加深、沿12°N北太平洋变浅时为El Ni?o发展或La Ni?a衰退阶段(图1b),反之为La Ni?a发展或El Ni?o衰退阶段(图1d)。此时,热带太平洋温跃层的分布形势为,平均以6°—8°N为横轴南北向TCA跷跷板分布,沿6°—8°N南北两侧存在反号的TCA大值区,南侧TCA大值区出现在沿赤道太平洋中东部海域,北侧TCA大值区出现在10°—15°N(平均12°N)北太平洋中东部海域。根据热带太平洋平均温跃层深度和年平均SST与温跃层面上温度(约20°C)差异粗略估算表明,在热带太平洋,温跃层面上温度变化1°C大致相当于跃层面上抬或下降10m左右。由于上层海洋垂直温度梯度主要出现在温跃层附近,热带西太平洋混合层深厚,温跃层深度变化很难引起SST显著变化,但热带东太平洋温跃层较浅,温跃层变化常导致SST明显变化。1997年强El Ni?o事件时,热带东太平洋跃层面上温度变化可达5°C左右,此时温跃层深度较常年下降50m左右,该海域SST显著上升;1975年强La Ni?a事件时,热带东太平洋温跃层面上温度变化达3.5°C,温跃层深度较常年升高35m左右,该海域气候温跃层50—60m,意味此时温跃层已接近露头,该海域SST显著下降。Zelle等(2004)研究表明,在ENSO循环过程中,TCA标志了El Ni?o事件的形成和结束全过程,它是通过水体上升流和混合来实现,而SST异常仅是El Ni?o事件在海洋表层的表现。Zhao等(2007)的研究表明,在ENSO形成阶段,海面风应力的作用造成海洋环流和海温异常及TCA不均匀分布。在ENSO事件形成后,热带太平洋海洋混合层水体在赤道与12°N之间海盆内的惯性振荡,造成热带太平洋大范围TCA规则变化和海洋环流及海温异常。由此可见,在ENSO循环的全过程中,热带太平洋海洋环流和海温异常都与TCA有重要关系。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Mixed-layer water oscillations in tropical Pacific for ENSO cycle[J]. ZHAO YongPing1,CHEN YongLi1,WANG Fan1 & WU AiMing2 1 Institute of Oceanology,Chinese Academy of Sciences,Qingdao 266071,China;2 Department of Earth & Ocean Sciences,University of British Columbia,Vancouver,BC,V6T 1Z4,Canada. Science in China（Series D:Earth Sciences）. 2007(12)
[2]热带太平洋海洋混合层水体振荡与ENSO循环[J]. 赵永平,陈永利,王凡,吴爱明. 中国科学（D辑:地球科学）. 2007(08)
[3]BIFURCATION OF THE NORTH EQUATORIAL CURRENT DERIVED FROM ALTIMETRY IN THE PACIFIC OCEAN[J]. WANG Qing-ye Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China Graduate School of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100039, China HU Dun-xin Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China. Journal of Hydrodynamics（Ser.B）. 2006(05)
本文编号：3408263
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