波浪混合对南大洋混合层深度的影响研究

摘要

海洋上混合层连接着上面的大气和大洋内部，对大气和海洋之间的动量、能量和物质等交换过程有重要影响，是全球气候系统的重要组成部分。混合层的正确模拟对于全球气候及其变化的诊断和预报是十分必要的。然而，目前的数值模式，包括海洋环流模式、气候耦合模式及地球系统模式等，对于混合层深度的模拟仍存在一些不足。
　　本文基于国家海洋局第一海洋研究所发展的地球系统模式(FIO-ESM)，设计了两个对比试验，系统地研究了波浪引起的混合对南大洋混合层深度的影响，并详细地分析了模式中南大洋海洋上层热量收支问题。这两个试验基于工业革命前的情景，分别积分了1200年，本文主要分析了801-850年50年气候态平均的结果。FIO-ESM模式是参加全球第五次气候模式比较计划的几十个模式中唯一考虑非破碎波浪混合的模式(Huang et al.,2014)。在本文中，其中一个试验采用了原始的FIO-ESM模式，另一个试验也采用了FIO-ESM试验，但关闭了波浪混合模块。一般认为，海洋上层的混合层深度主要取决于海面风和波浪作用等引起的动力混合以及海-气界面热和淡水通量等引起的浮力作用。通过对比关闭波浪混合前后南大洋（35°S-65°S）混合层深度的结果，分析波浪混合对于混合层深度模拟的作用。结果表明：波浪引起的混合对于混合层的深度在夏季起到加深作用，在冬季起到使之变浅的作用，并且这种变化呈现明显的季节性循环。南半球夏季（7-8-9月），由于混合层深度较浅，对混合层深度起主要作用的是动力过程（垂向混合），波浪混合主要通过增加上层海洋的垂向混合率，进而使混合层深度增加。波浪混合不单单通过增加垂向混合率来影响混合层的深度，同时使上层海洋的总热量增加，间接的通过改变上层海洋热力结构进一步影响混合层深度，这使得波浪混合在夏季和冬季均对混合层深度有显著的影响。与夏季相比，南半球冬季（1-2-3月），冬季混合层深度较大，对混合层深度起主要作用的是浮力过程（冷对流），波浪混合通过增加上层海洋的热量来减弱冷对流，进而使混合层深度变浅。另外，本文通过系统分析波浪混合改变SST的过程给出了波浪混合影响混合层深度的机制。

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第一章 前言

1.1 研究背景

1.2 混合层的定义

1.3 研究现状及存在的问题

1.4 本文的主要内容

第二章 数值模式及试验设计

2.1数值模式简介

2.1.1 FIO-ESM地球系统模式简介

2.1.2 海浪模式介绍

2.2 数值试验设计

第三章 波浪混合对南大洋混合层深度的影响

3.1 波浪混合对南大洋夏季混合层深度的影响

3.2 波浪混合对南大洋冬季混合层深度的影响

3.3 波浪混合对南大洋混合层深度影响的季节性循环

第四章 结论与展望

4.1 本文的主要结论

4.2 后续工作展望

参考文献

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