热带西太平洋暖池次表层暖水的起源——对1997/1998年ENSO事件的分析

分析了从 1 955～ 1 999年 45年热带、副热带太平洋地区次表层温度距平资料 ,在分析沿赤道距平极值曲面的深度分布后 ,认为它基本接近气候温跃层的深度分布。由此分析了 1 994～ 1 999年该曲面上温度距平的演变发现 :1 997/ 1 998年ElNi no产生时 ,在热带西太平洋暖池次表层 (1 60m附近 )的温度正距平 ,是从 1 994/ 1 995年ElNi no在Ni no 3区的最大正距平信号传播或演变过来的 ,整个最大正距平信号的传播轨迹形成一似“8”字的形状。与此同时 ,当正的温度距平开始从暖池向东传播时 ,一最大温度负距平信号在Ni no 3区出现 ,并伴随赤道最大正距平信号的东传 ,在其北部 (5～ 1 0°N)向西传 ,然后又向东传最后到达Ni no 3区 ,其传播轨迹形成一扁“0”字形状。分析表明 ,1 997/ 1 998年这次完整的ElNi no/LaNi na事件主要是在热带流系的温跃层附近形成并传播的。

北冰洋次表层暖水形成机制的研究

分析了北冰洋加拿大海盆上层海水温度结构特征,针对在海冰覆盖区域普遍发生的次表层暖水现象,建立了冰海耦合的一维柱形模式,成功模拟了次表层暖水的垂向结构和形成机制,证明了太阳辐射加热和表层冷却是次表层暖水的成因。通过数值实验定量分析了形成次表层暖水各因子的作用,表明太阳辐射是形成次表层暖水的能量来源;长波辐射、气温和比湿等其他大气因子对次表层暖水强度有较大影响;在厚冰区不能形成次表层暖水,海冰越薄,水道面积越大,则冰下次表层海水温度升高得就越快,薄冰和冰间水道是形成次表层暖水的主要能量通道;通过模式的拟合给出湍扩散系数垂向变化的估值,冰下表层海水垂向湍扩散系数为5.0×10-3m2/s左右,而次表层垂向湍扩散系数却快速降低到1.0×10-6m2/s,表明跃层导致的稳定性增大是形成次表层暖水尖峰的关键因素。

2008年加拿大海盆次表层暖水的精细结构的研究

自2004年以来,在加拿大海盆频繁发生的次表层暖水(near surface temperature maximum,NSTM)现象是北极快速变化响应的事实之一。采用2008年中国第3次北极科学考察的CTD数据和西北冰洋联合研究计划与美国波弗特环流观测系统计划2008年航次的CTD数据以及冰浮标ITP18数据,对加拿大海盆的NSTM现象进行了精细结构的分析。结果表明,NSTM的温度垂直结构与海冰关系密切,在海冰密集度较大的区域,发展成熟的NSTM的盐跃层稳定,温度极大值均小于-1.0℃,而且垂向温度结构差异不大,多为典型的单峰结构;在海冰边缘区和开阔水域,由于受气象条件的影响较大,盐跃层不十分稳定,温度极大值和温度的垂向分布差异较大,常出现双峰甚至多峰结构。NSTM温度极大值出现的深度不仅与NSTM发生、发展的时间有关,而且与纬度有关,纬度越高,深度越深。NSTM的发生、发展和消衰的时间尺度为1 a,夏季发生,秋季和冬季不断向表层和下层传递热量,温度峰值变小,第二年的春季消失。

夏季北冰洋无冰海域次表层暖水结构的形成机理

在夏季北冰洋的无冰海域,经常可以观测到次表层暖水现象,即在水深20～50m的范围内发生海水温度的极大值。建立了一个一维的热力学解析模式,用于研究夏季北冰洋次表层暖水的形成机制。模式的计算结果表明,太阳辐射作用是形成次表层暖水的关键因素。在北冰洋的开阔水域,大气吸收海洋热量的过程导致了海面温度下降,使温度极大值出现在次表层。海洋垂向湍流热扩散对次表层暖水温度有显著影响;当湍流热扩散较弱时,热扩散的范围较小,有利于形成次表层暖水。次表层暖水的位置随着时间的推移不断加深,温度不断增高。在北极,大气温度低于海面温度是普遍现象,次表层暖水经常发生。虽然当海面气温发生变化时,次表层海水温度结构会发生相应的变化,但次表层暖水结构形成之后,如果不受强烈天气过程的破坏,则会一直存在下去。按照本文的结论,随着北极气候变暖,海冰将进一步减少,次表层暖水现象还会明显增加,海洋对气候变化将有更加强烈的响应和反馈,对全球气候变化产生意义深远的影响。

北极加拿大海盆2003年和2008年上层海洋热含量的差异分析

主要利用2003年和2008年两次夏季北极科学考察的CTD数据处理了加拿大海盆上层海洋(指200 m以浅)的热含量,定量分析了热含量随深度的变化,并比较分析了这两年在夏季海冰融化期间热含量的垂向差异变化,以及影响热含量变化的因素,给出了上层海洋热含量在加拿大海盆的空间分布。2008年与2003年相比最显著的变化是在加拿大海盆开阔水域的增加,导致了太阳辐射能进入海洋中的能量增加,同时海冰的大量融化带来了大量淡水,这些变化改变了上层海洋的温盐性质。海冰大量融化主要产生两个效应:一是上层海洋的普遍增暖,二是太平洋入流水体的下移。文中还分析了近年来在加拿大海盆中变化显著的次表层暖水现象,由于次表层暖水蕴含着不小的热含量,其在上层海洋热量平衡中的作用不容忽视。