北太平洋低纬度西边界流系湍流混合的微观结构测量和参数化方法评估

湍流混合在调控海洋垂向物质、能量交换以及气候变化中都起着重要作用,尤其是在北太平洋低纬度西边界流系,湍流混合通过调节温跃层及海气相互作用,在西太平洋暖池结构及演化和厄尔尼诺与南方涛动的发生、发展中都起着关键作用。然而,由于湍流观测的高风险性和高费船时特征,直接的湍流观测资料非常稀缺,因此,对该海域的湍流混合认知大多数来自细尺度参数化估计。鉴于湍流的高时变特征及该海域海洋环流结构的复杂性及西边界流区动力环境的特殊性,验证不同细尺度参数化方法对该海域湍流估算的适用性对于我们准确了解该海域的垂向混合特征、提升其在数值模拟的精度具有重要作用。本研究利用2020年9月在北太平洋低纬度西边界流系沿130°E,10°~18°N进行的直接的微结构观测剖面仪和同期获取的细尺度温盐流测量,研究该海域湍流混合的特征及两种常用的参数化方法--GHP(Gregg-Henyey-Polzin)参数化方法、MG(MacKinnon-Gregg)参数化方法在该海域的适用性。观测结果表明,该海域上200 m湍流混合总体较强,直接观测得到的平均湍动能耗散率约为10^(-8)W/kg。在温跃层中,某些站点观测的湍动能耗散率可达10^(-7)W/kg,特别是在14°N附近,24.5σθ与25.5σθ之间发现一块强湍动能耗散区,初步分析表明其机制与全日内潮的参数化次谐波不稳定有关。参数化评估结果显示,MG方法与观测值相差0.5个数量级的比例为95%,而基于应变的GHP方法和基于剪切的GHP方法与观测值相差0.5个数量级的比例分别为55%和58%,表明MG方法能较好地估算低纬度西边界流系的湍流混合特征并在水平分布和垂直分布表现出一致的分布特征。该评价结果可为研究人员选择细尺度参数化来探讨北太平洋低纬度西边界流系湍流混合的强度和空间分布提供有益参考。

ENSO循环相联系的北太平洋低纬度异常西边界流

用SODA海洋同化和NCEP大气再分析资料,分析了热带太平洋次表层海温异常主要模态与北太平洋低纬度西边界流海域上层海洋环流和亚洲-北太平洋地区大气垂直和水平流场变化之间的关系,得到以下结果:(1)在热带太平洋海洋次表层ENSO事件具有两种模态,二者组合构成ENSO循环。第一模态为ENSO成熟期,主要出现在冬季,第二模态为ENSO过渡期,主要出现夏季。(2)ENSO循环对北太平洋低纬度西边界流区上层海洋环流有重要影响。在El Nio发展期或La Nia衰退期,该区出现气旋性异常环流,北赤道流(NEC)加强,NEC分叉位置北移,棉兰老海流(MC)加大,菲律宾以东黑潮(KC)减小,北赤道逆流(NECC)最强。在El Nio(La Nia)成熟期,该区气旋性(反气旋性)异常环流达最强,NEC最强(最弱),NEC分叉位置最北(最南),MC最大(最小),KC最小(最大),NECC减弱(加强)。在El Nio衰退期或La Nia发展期与El Nio发展期相反,该区出现反气旋性异常环流,由此导致相应流系异常发生反位相变化。(3)ENSO循环对北太平洋低纬度西边界流海域上层海洋环流的影响是通过ENSO事件期间热带太平洋热力状况异常改变上空大气环流来实现的。ENSO事件首先造成热带太平洋海洋热力状况异常,导致其上空对流活动异常,后者直接或间接通过"大气桥"能量传输引起相关地区大气环流场的变化,致使海面风应力场异常,进而强迫上层海洋环流场的相应变化。文章最后还分析了ENSO事件期间菲律宾附近异常反气旋或异常气旋性风场的产生和持续原因,讨论了北太平洋低纬度西边界流海域海气相互作用在ENSO循环中的贡献。

热带西太平洋环流及其季节变化

利用由GFDL的MOM3海洋环流模式和NODC的XBT数据库生成的全球海洋同化数据,分析了热带西太平洋环流及其季节变化.同化数据所反映的环流结构和平均流速流量与已知观测结果非常吻合.同化数据算得的北赤道流、棉兰老流、黑潮源地以及140°E以西的北赤道逆流等的流量基本上都表现出春强秋弱的季节变化特征,尽管彼此之间还存在少许位相差.由于两个热带流涡季节循环之间存在位相差,北赤道逆流还有半年振荡.与其上游的棉兰老流和新几内亚沿岸流不同的是,印度尼西亚贯通流在夏季东南季风期间较强,表明其季节变化深受季风影响.