热带太平洋温跃层深度的年代际变化特征及原因

摘要

温跃层是海洋中海水温度铅直梯度较大的水层，是反映海洋温度场的重要物理特性指标，是物理海洋研究的重要内容之一。温跃层的存在令上层海洋层结加强，这种热结构使得它与海洋环流、内波、水团、海气交换等分支学科的关系都十分密切。其中，温跃层在ENSO中也有着非常重要的作用，ENSO作为热带太平洋地区海气相互作用最重要的现象和全球气候年际变化最强的信号，不仅对太平洋地区海洋和大气状况产生重大影响，还可以通过遥相关型对我国及亚洲、美洲乃至全球气候的异常产生显著影响。
　　在典型的ElNino事件中，SST正异常首先出现在赤道东太平洋，而近二三十年以来该SST正异常出现逐渐向西移的现象，从而形成“中部型”ElNino，同时ENSO的强度、周期和传播等特征也都发生了变化。而温跃层在ENSO的发生、发展和消亡过程中都有着紧密的联系，因此研究热带太平洋温跃层的年代际变化将有助于全面掌握ENSO年代际变化的特征及其机制，从而为更好地预测ENSO在全球变暖背景下的未来发展趋势提供理论依据。
　　目前关于热带太平洋温跃层的年代际变化虽然取得了不少进展，但已有的研究更多地侧重于温跃层年代际变化空间分布的一般特征，而对温跃层年代际变化的季节特征少有研究。本文利用1958-2000年的SODA、NCEP再分析数据，通过1975年前后冷暖期相减（暖期减去冷期）的方法得到热带太平洋温跃层深度和海表面风场的年代际变化及季节特征，同时对与温跃层密切相关的海表面温度、混合层深度的年代际变化进行了分析，最后通过CMIP5模式数据来预测未来几十年里温跃层和ENSO的变化趋势。本文得出以下结论：
　　（1）在1976-77气候跃迁之后，温跃层深度存在显著的年代际变化。在热带太平洋10°S-10°N海域内温跃层均呈变浅趋势，除了在热带太平洋东部的秘鲁沿岸很小范围海域内温跃层呈变深趋势。另外，温跃层变浅区域并不是关于赤道对称的，而是中心在赤道以南。同时，温跃层深度的年代际变化还存在显著的季节差异：温跃层变浅最显著区域随着季节的推移由东太平洋逐渐移至西太平洋，并且该区域的范围和变浅的幅度也逐渐增大。
　　（2）热带太平洋上海表面风场的年代际变化主要表现在两个方面：一方面是赤道上的西风异常，另一方面是赤道外的向两极辐散风场异常。赤道上的西风异常使西太平洋处暖水向东回流，从而西太平洋海水抬升温跃层变浅，东太平洋海水堆积温跃层变深；赤道外向两极风异常形成的辐散场，在赤道海域产生上升流，海水抬升，温跃层变浅，并且辐散场不是关于赤道对称的，而是中心在赤道偏南。另外，这两方面都表现出异常显著区域随季节由东向西推移的特征，并且强度不断增强，所以温跃层的年代际变化及季节差异都是这两方面共同作用的结果。
　　（3）热带太平洋海表面风场、温跃层、SST和MLD的年代际变化是一致的，且SST与MLD呈相反位相变化。热带太平洋东、西部SST为正异常，主要受风场异常的影响，风速减小，潜热释放减少，因此SST升高；中部SST降低主要是由温跃层变浅导致的。而热带太平洋东、西部MLD为负异常，主要是风速减小因此风引起的搅拌作用减弱，同时SST升高层结增强垂直混合减弱，所以MLD变浅；中部MLD为正异常主要是由于温跃层变浅，SST降低，海水密度增大垂直混合增强，MLD变深。另外，SST和MLD也具有年代际季节差异，但是与温跃层年代际变化季节差异的关系并不密切。
　　（4）利用SODA数据计算得到在1967-1997年期间尼诺指数标准差与温跃层深度为相反的变化趋势，温跃层是变浅的，尼诺指数标准差是增大的，这与观测资料所示相同。对CMIP5中18个模式的温跃层深度与尼诺指数标准差变化曲线进行分析，发现在1960-2000年期间最终有7个模式的变化趋势与观测结果一致，其中有4个模式显示在2000-2040年期间温跃层呈变深趋势，而在这4个中有3个模式Ni?o3指数标准差是减小的，因此我们的研究结果表明，在2000-2040年期间温跃层很大可能性是变深的，而ENSO强度是减弱的。

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一、 前言

1.1 ENSO的研究发展

1.2 温跃层的研究现状

1.3 温跃层在ENSO年代际变化中的作用

1.4 SST、MLD的年代际变化

1.5 论文的研究内容

二、资料与方法

2.1 数据介绍

2.2 方法

三、热带太平洋温跃层深度的年代际变化特征

3.1 温跃层深度年代际变化的总体特征

3.2 温跃层深度年代际变化的季节特征

3.3 次表层温度年代际变化特征

3.4 本章小结

四、热带太平洋温跃层深度年代际变化的原因

4.1 热带太平洋风场气候态分布特征

4.2 风场年代际变化的总体特征

4.3 风场年代际变化的季节特征

4.4 本章小结

五、热带太平洋SST和MLD的年代际变化特征

5.1 SST和MLD的气候态分布特征

5.2 SST、MLD年代际变化的总体特征

5.3 SST、MLD年代际变化的季节特征

5.4 本章小结

六、CMIP5模式模拟

6.1 尼诺指数与温跃层深度的变化趋势

6.2 CMIP5模式模拟结果

6.3 本章小结

七、结论与讨论

7.1 结论

7.2 展望与不足

参考文献

致谢

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