基于FIO-ESM的海洋混合层深度时空变化特征及与大气边界层的相互作用

摘要

本文利用FIO-ESM耦合模式的输出结果来计算全球大洋混合层深度，通过与Argo观测资料的对比分析，发现了全球混合层深度的季节变化特征及模式模拟结果的优势与不足;并对模拟最佳海域—南大西洋混合层深度的时空变化特征进行重点分析，揭示了影响南大西洋混合层深度变化的相关因素及混合层深度对大气边界层高度的影响。主要结论如下:
　　1)混合层深度在季节上呈“冬深夏浅”的变化特征，春、秋季节是混合层减弱和加强的过渡期。北印度洋由于受季风的影响，混合层深度在冬夏都偏深，为半年周期变化特征。FIO-ESM在夏、秋季的模拟结果好于春、冬季，对夏季混合层深度的模拟效果最好。在六大海区中，模式在南大西洋海区的模拟结果与实测最接近，模拟效果最好。由于该模式加入了表面波动，对受风浪作用明显的南半球大洋混合层深度的模拟结果要好于北半球。
　　2)南大西洋混合层深度具有明显的年际变化特征。通过EOF分析，发现混合层深度年际信号最强的海域位于南大西洋中西部—拉普拉塔河以东，西南部—德雷克海峡以北和非洲好望角南部。前两个模态反映出风应力，海表面热通量和表面非破碎波都对混合层深度年际变化起到不可忽视的影响作用;第三模态的空间分布型大致反映了海流引起混合层的变化。
　　3)南大西洋混合层深度与大气边界层存在相互作用。风应力和海表面热通量为混合层深度季节变化重要的影响因子。风应力对较暖、较浅时的混合层深度作用更大，对于赤道无风区和副高控制的30°S纬度带混合层形成起关键作用的应该是海洋上层热通量的变化。FIO-ESM模拟的混合层深度与bulk model结果的差别体现了表面非破碎波对混合层深度的影响。各季节风应力和表面非破碎波与混合层深度呈正相关关系，春夏季正相关关系较强，秋冬季较弱。海表面热通量与混合层深度大致呈负相关关系，对于西风带和个别海域出现的正相关区域，是因为海水主要受到表面波动影响使上层混合加深。混合层深度对风应力、海表热通量和表面非破碎波的强迫响应都存在一定的滞后效应，较深的混合层深度惯性更强，滞后更明显。
　　4)大气边界层高度对混合层深度的变化存在响应。混合层深度与大气边界层高度各季节大致以正相关分布为主，春夏季二者的正相关关系最显著。混合层深度也能够在一定程度上影响大气边界层高度的年际变化和更长时间尺度的周期振荡。

目录

声明

摘要

第一章 前言

1．1 研究混合层深度的目的和意义

I．2 混合层深度的研究进展

1．3 论文内容安排

第二章 资料与方法

2．1 资料

2．1．1 观测资料

2．1．2 模式资料

2．2 方法

2．2．1 混合层深度的定义与计算

2．2．2 一维混合层模式

2．2．3 统计方法

第三章 全球混合层深度的季节变化特征

3．1 全球混合层深度的气候态分布

3．2 北半球大洋混合层深度的季节变化—FIO-ESM与Argo资料的对比分析

3．3 南半球大洋混合层深度的季节变化—FIO-ESM与Argo资料的对比分析

3．4 FIO-ESM对全球混合层深度的模拟评估结果

3．5 本章小结

第四章 南大西洋混合层深度的时空变化分析

4．1 南大西洋概况

4．2 南大西洋混合层深度的时空变化特征

4．3 本章小结

第五章 南大西洋海区混合层深度与大气边界层的相互作用

5．1 一维混合层模式的应用

5．1．1 一维混合层中的湍动能平衡方程

5．1．2 数值实验方法

5．2 风应力对混合层深度时空变化的影响作用

5．2．1 海表风应力的分布特征

5．2．2 利用一维混合层模式探讨风应力影响混合层深度

5．2．3 风应力与混合层深度的相关关系

5．3 海表面热通量对混合层深度时空变化的影响作用

5．4 表面非破碎波对混合层深度的影响作用

5．5 混合层深度对大气边界层高度的影响作用

5．6 本章小结

6．1 本文的主要结论

6．2 对未来的展望

参考文献

个人简介

致谢