波浪輸運(yùn)過程對(duì)海溫異常的影響.pdf

1、波浪是海洋微小尺度運(yùn)動(dòng)的典型過程，也是海-氣界面上的一種重要運(yùn)動(dòng)形式。由于波浪的持續(xù)性，它會(huì)對(duì)上層海洋產(chǎn)生難以置信的影響。波浪過程主要包括波-流相互作用、波浪破碎、近岸波的反射和繞射、波浪誘導(dǎo)的水體輸運(yùn)及波浪的攪拌混合作用等。本文主要研究了波浪誘導(dǎo)的大尺度水體輸運(yùn)與赤道東太平洋海表面溫度異常的關(guān)系和波浪輸運(yùn)通量剩余量對(duì)上層海洋影響的數(shù)值研究，分別采用了數(shù)據(jù)分析和數(shù)值實(shí)驗(yàn)的研究方法，并且使用了多種數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)手段，主要包括EOF分解、帶通濾波

2、、相關(guān)分析、誤差分析、傅立葉變換等。
　　南、北西風(fēng)帶海域的平均波向?yàn)槲飨?，熱帶海域?yàn)闁|向，南太平洋東岸的波向全年保持西南-東北方向，并以涌浪占優(yōu)，波浪輸運(yùn)方向與平均波向一致。波浪輸運(yùn)量的東-西分量主要呈帶狀分布，輸運(yùn)量在西風(fēng)帶海域最大，最大值出現(xiàn)在南印度洋，中低緯度海區(qū)的輸運(yùn)量相對(duì)較小。波浪輸運(yùn)南-北分量主要表現(xiàn)為北向輸運(yùn)的特征，南半球?yàn)橄虺嗟垒斶\(yùn)，北半球?yàn)殡x赤道輸運(yùn)，并且在南半球的大洋東邊界有明顯的東向強(qiáng)化現(xiàn)象。波浪輸運(yùn)與Ek

3、man輸運(yùn)的量級(jí)可比擬。在南北西風(fēng)帶海區(qū)，二者輸運(yùn)量接近，但波浪輸運(yùn)以東-西輸運(yùn)為主，而Ekman輸運(yùn)的南-北分量較大。中低緯度海區(qū)，Ekman輸運(yùn)量最大，方向以向南或向北的高緯度輸運(yùn)為主。對(duì)于我們比較關(guān)注的赤道東太平洋而言，由于波浪常年保持向赤道的正輸運(yùn)，其年輸運(yùn)量的貢獻(xiàn)大于Ekman輸運(yùn)。波浪誘導(dǎo)的水體輸運(yùn)主要通過兩條主要路徑影響赤道東太平洋的SST異常，一是，沿赤道的東-西向水體輸運(yùn);二是，沿大洋東岸的南-北向水體輸運(yùn)。通過經(jīng)驗(yàn)正

4、交分解的方法分析了熱帶太平洋和南大洋的波浪輸運(yùn)量的時(shí)空特征，及振蕩的主周期。分析發(fā)現(xiàn):熱帶太平洋和南大洋的波浪輸運(yùn)的距平都存在東向傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，其主要模態(tài)的變化周期為5.2、3.7、2.45年，這與赤道東太平洋SST異常的振蕩周期相同。由此說(shuō)明，這兩個(gè)海區(qū)的波浪輸運(yùn)異常與赤道東太平洋SST異常存在密切的關(guān)系。
　　以Nino3指數(shù)作為赤道東太平洋海表面溫度異常變化的指標(biāo)，將SST異常高于0.5℃并且持續(xù)6個(gè)月以上定義為暖事件，SST

5、異常低于-0.5℃并且持續(xù)6個(gè)月以上定義為冷事件。暖事件中，春季型和夏季型沿赤道的波浪輸運(yùn)主要呈西向異常，即赤道東太平洋的暖異常爆發(fā)前，波浪輸運(yùn)持續(xù)向東輸運(yùn)暖水。而大洋東岸的波浪輸運(yùn)在春季型中貢獻(xiàn)的冷水呈負(fù)異常，在夏季型中貢獻(xiàn)的冷水呈正異常，即輸運(yùn)的冷水增多。冷事件中，夏季型沿赤道的波浪輸運(yùn)主要呈東向異常，即向東輸運(yùn)的暖水少于正常值，而大洋東岸的北向波浪輸運(yùn)則為強(qiáng)的正異常，即由高緯度向赤道輸運(yùn)的冷水增多，這兩條途徑的水體輸運(yùn)為冷事件的爆

6、發(fā)準(zhǔn)備了條件。未發(fā)生型中，沿赤道的波浪輸運(yùn)仍延續(xù)著暖事件中的西向異常，但沒有明顯的輸運(yùn)特征，北向的波浪輸運(yùn)則呈現(xiàn)明顯的負(fù)異常，即輸運(yùn)的冷水低于正常值，這一過程一定程度上抑制了冷事件的爆發(fā)。通過Stokes熱輸運(yùn)的計(jì)算，進(jìn)一步說(shuō)明了波浪誘導(dǎo)的大尺度水體輸運(yùn)對(duì)赤道東太平洋SST異常變化的貢獻(xiàn)。二者相關(guān)關(guān)系顯示:沿赤道的波浪輸運(yùn)超前于SST異常6個(gè)月，大洋東岸波浪輸運(yùn)超前于SST異常15-20個(gè)月時(shí)，二者的相關(guān)系數(shù)最大。作為水體輸運(yùn)的重要部分

7、，波浪輸運(yùn)對(duì)赤道東太平洋SST異常的影響不可忽略。
　　波浪輸運(yùn)通量剩余量是影響上層海洋的重要機(jī)制之一。本文首先通過對(duì)比KPP方案的上邊界層深度，揭示了KPP參數(shù)化方案低估了垂向擴(kuò)散系數(shù)，未包含波浪過程的影響;然后將波浪輸運(yùn)通量剩余量的參數(shù)化方案包含到KPP方案中，設(shè)置控制實(shí)驗(yàn)及若干組敏感性實(shí)驗(yàn)，通過數(shù)值結(jié)果的分析顯示:考慮波浪輸運(yùn)通量剩余量過程對(duì)上層海洋的作用后，有效改善了模式對(duì)海表溫度模擬過高的問題。在垂直結(jié)構(gòu)上，敏感實(shí)驗(yàn)的2