厄尔尼诺/南方涛动的海气相互作用关键区及对外强迫响应的研究

摘要

厄尔尼诺/南方涛动(ENSO)是热带太平洋海区存在的明显的年际变化现象，在全球气候变化中占有重要的地位。本文在总结前人对ENSO循环形成机制和外强迫对ENSO循环影响研究的基础上，提出了以下两个重要问题：在热带太平洋ENSO循环中海洋-大气相互作用的关键区在哪里；热带西太平洋大气季节内振荡和季风对ENSO循环有什么影响。本文利用Cane-Zebiak(ZC)模式通过数值试验针对以上两个重要问题开展了研究。 首先利用实际观测资料对ZC模式中大气模式和海洋模式模拟能力进行了检验，研究发现：ZC模式可以较好的模拟1957-2002年ENSO变化的主要特征，模式的海洋部分对ENSO事件有较好的模拟能力，其对赤道中、东太平洋尤其是160°W-90°W范围海温的模拟更好。模式的大气部分基本上正确反映了热带大气对海温异常热力强迫的响应，对赤道中太平洋，尤其是160°E-160°W范围风场的模拟比其他区更好。利用实测资料通过数值试验发现：在实测海面风异常强迫下海洋模式模拟的Nino3区SST异常与观测的SST异常之间的相关系数为0.6，在实测海温的强迫下大气模式模拟的Nino3区海面风异常与观测海面风的异常之间的相关系数为0.4。 利用ZC模式对不同区域的风场和SST异常在ENSO振荡中的地位进行了敏感性试验，确定了海气相互作用关键区的位置。赤道中太平洋(168.75°E-135°W)是海面风对海洋影响最关键的区域；这是因为由赤道中太平洋海面风异常形成的经向Sverdrup输送是ENSO循环中“充、放电”过程的动力机制，如果中太平洋海面风异常有较大误差，则可能中断(或减弱了)经向Sverdrup输送，从而中断(或减弱了)ENSO循环中的作为负反馈过程之一的赤道太平洋的“充、放电”过程，ENSO循环也会终止；赤道中太平洋又是暖池东边界水平温度梯度最大的海域，海面风异常会直接影响冷、暖平流的输送，该输送也是ENSO循环负反馈过程之一。赤道东太平洋是SST异常对大气的影响最关键的区域，这与赤道东太平洋温跃层最浅SST异常的振幅最大有关。赤道东太平洋SST异常对大气的强迫是实现ENSO循环中正反馈过程的必要条件，而赤道中太平洋海面风对海洋的作用是实现ENSO循环中负反馈过程的必要因素。 数值试验还对前人研究MJO对ENSO影响的结论不统一性给出了合理的解释。试验结果表明：热带西太平洋的MJO对ENSO的影响随MJO强度的不同有所不同：当MJO很弱时可能会激发强的ENSO；当MJO中等强度时，几乎对ENSO没有影响；当MJO形成的海面风异常几乎与无外强迫的西太平洋海面风一个量级时，MJO产生的海洋高频波动与ENSO的低频变化之间产生非线性的“频率卷夹”效应，使ENSO的振幅减弱，新的周期振荡出现。 数值试验还进一步证实了前人提出的季风对ENSO影响的特征：热带西太平洋的季风强迫弱时，会使ENSO振幅加强，在强季风的作用下，使ENSO的振幅变弱，周期变短，锁相时间从冬季转移至秋季。 本文利用Cane-Zebiak模式对ENSO的海气相互作用关键区及ENSO对外强迫(MJO和季风)的响应两个重要问题开展了研究，确定海气相互作用的关键区的位置对海洋观测网的布局有重要的意义。发现了在不同强度的MJO对ENSO的影响特征不同，并进一步证实了前人提出的季风对ENSO影响的特征。

目录

文摘

英文文摘

第一章前言

1.1前人有关ENSO机制的研究

1.2有关利用Cane-Zebiak模式对ENSO的研究

1.3 背最场的季节循环和不同频率外强迫变化对ENSO的影响

1.3.1背景场的季节循环对ENSO的影响

1.3.2热带中-西太平洋大气季节内变化对ENSO的影响

1.3.3季风对ENSO的作用

1.4拟解决的科学问题和论文主要内容

第二章ZC模式介绍及其模拟能力的检验

2.1 ZC模式介绍

2.2标准控制试验

2.3 ZC模式对ENSO循环的模拟能力检验

2.3.1资料介绍

2.3.2用观测风场代替模式风场的数值模式结果

2.3.3用观测SST代替模式SST的数值模式结果

2.4小结

附图

第三章ENSO的海气相互作用关键区

3.1试验设计

3.2试验结果分析

3.3海洋-大气相互作用关键区存在的原因

3.3.1赤道中太平洋海面风在ENSO循环中的重要性

3.3.2赤道东太平洋SST在ENSO循环中的重要性

3.4小结

附录1

第四章不同频率外强迫对ENSO的影响

4.1季节内振荡(MJO)对ENSO影响

4.2季风对ENSO影响

4.3小结

附图

第五章结论和总结

参考文献

致谢