[00114821]海洋混合层日变化的分布和成因研究

作为联系大气和海洋的纽带,海表混合层对地球气候系统及其变化起着重要的作用,而垂直混合的日变化是混合层动量和热量平衡中的关键过程。由于混合过程的非线性和不可逆,海表混合层的日变化必然对海洋与气候系统的平衡态和长期变化有不可忽略的影响。研究表明,10 W/m2 的热通量误差可以造成模拟结果很大的不同,然而,目前各种热通量产品之间的差异达到40 W/m2,这给海洋和气候模式的结果带来相当大的不确定性。 海表通量的误差与忽略了海洋混合层的日变化有关。 海表混合层的日变化在大洋环流与气候系统中扮演着不可或缺的角色。 然而,无论从观测还是模拟来说,目前对混合层日变化的研究都还远远不够,尤其缺乏对混合层日变化的气候学特征和物理机制的探讨。结合定点海洋观测、多源卫星遥感资料和数值模式开展研究,将为认识海表混合层日变化对长尺度气候变化提供依据,并为改进海洋环流和气候模式提供基础。 本项目结合TAO浮标观察,卫星数据,以及一维垂直混合模式来研究混合层日变化对中太平洋厄尔尼诺的加强作用。随着西风爆发的作用,暖池向东移,同时使得中太平的信风减弱。当西风爆发的频率足够强,导致中太平洋的月平均风速小于3 m/s,持续的产生强的海表温度日变化过程。日变化过程会修正日平均的海表温度。由于日变化作用导致混合层底部混合的减弱,以及夹卷过程的抑制。这些过程使得下一个月的海表温度继续升高。这个研究表明持续的日变化过程的发生,会加强中太平洋厄尔尼诺的强度。近两年引起大家关注的一个现象是中太平洋厄尔尼诺。中太平洋厄尔尼诺和传统的厄尔尼诺形成原因不同,对全球的气候影响也不同,而且强度有增强的趋势。我们用TAO定点浮标观测发现,在中太平洋厄尔尼诺最强的2009年,海表温度的日变化也是最强。进一步的诊断发现,持续的西太平的西风爆发,会把西太的暖水推到中太平洋,使得中太平洋的混合层变浅,同时使得中太平洋区域的信风减弱。减弱的表面风,会产生大的海洋混合层日变化过程。这些大的日变化过程又调制了海表温度的日平均场。混合层日变化的存在,使得白天的时候,混合层深度变浅,有效太阳辐射增加。而夜间的冷却不会因为日变化的存在而增加,从而对海表有一个整体加热的作用。海洋混合层的日变化过程对中太平洋厄尔尼诺变暖有一个增强的作用。 经过3年的努力,该项目顺利结题并取得如下具体成果： 1.用TAO 定点浮标观测和卫星数据发现,在中太平洋厄尔尼诺最强的2009年,海表温度的日变化也是最强。海洋混合层的日变化过程对中太平洋厄尔尼诺变暖有一个增强的作用。 2.用2000年到2008年Argo浮标观测到的台风引起的海洋混合层变化在西北太平洋做了一个统计平均。这个区域平均的台风引起的混合层变化随着距离台风中心的距离,台风经过的时间,纬度,以及台风经过前海洋初始场的异常而变化。 3.选择5个较好地模拟了印-太三极子的IPCC模式来构造线性的Markov模型,最后对基于这些Markov 模型所做的预报做一个集合平均。和基于观测数据构造的Markov模型做的预报相比,基于IPCC 模式输出作的集合预报明显要好于前者。 4.用海表温度,850 百帕风场,海表气压场,降雨以及土壤湿度构造的Markov 模型,对东亚季风降雨做了一个预报。和动力模式相比较,我们的模式简单,计算要求不高,预报的结果和国外几大气候中心,如英国的met office,美国的NCAR 等的气候模式预报的结果相当,因而具有很高的应用价值。 受该项目资助,申请者及研究团队在J.Climate,Geophysical Research Letters,Dynamics oFAtmospheres and Oceans 和Atmosphere-Ocean本领域TOP期刊发表SCI论文4篇。先后在第6届亚洲太平洋地球科学学会（AOGS2009）,第8届亚洲太平洋地球科学学会（AOGS2011）,以及第3届ARGO研讨会上作报告。在该项目的支持下,培养了博士生1名、硕士生3名。受该项目资助所取得的成果,将会对热带海气相互作用影响的研究产生一定的影响。海洋混合层对长尺度气候变化的研究以前只局限于模式研究中,我们的研究从观测数据中表明高频率的日变化对中太平洋的厄尔尼诺强度有一个调制作用。以往这类研究局限于数值模式中。这个从观测数据中得到的结论,更进一步表明了日变化过程对数值模式准确模拟气候变化的重要性。中太平洋厄尔尼诺是最近研究的一个热点 ,中太平洋厄尔尼诺和传统的厄尔尼诺对全球气候变化有不同的影响,我们的研究结果表明,研究中太平洋厄尔尼诺的变化,必须考虑混合层日变化的作用。 同时用这个项目做的季节性预报研究具有非常大的实际应用价值。