热带印度洋热收支与经向环流的研究

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1、中国海洋大学博士学位论文热带印度洋热收支与经向环流的研究姓名：胡瑞金申请学位级别：博士专业：气象学指导教师：刘秦玉;Prod。J。StuartGodfrey2003.6.1热带印度洋热收支与经向环流的研究摘要热带印度洋与热带太平洋或热带太西洋相比，有很多独一无二的特性。本文根据COADS、SODA等实际观测资料，较全面的分析了热带印度洋主要的气候特点，并研究了海表面温度(SST)、热收支与海洋动力、热力过程的联系；利用全球海洋环流模式较好地模拟出热带印度洋的季节和年际变化；基于热力学方程和海洋环流模式输出结果．探讨了热带印度洋SST和北印度洋热量收支的

2、季节和年际变化机制，进一步揭示了海洋动力过程在北印度洋热平衡中的重要作用：在此基础上，利用理想化的数值试验与数值模拟结果相结合的方式，证实了风应力的季节变化和Ekman抽吸，以及水平热量扩散系数对jV,Ep度洋海洋环流和热收支的影响。热带印度洋，尤其是7。S以北的印度洋，受亚洲季风的显著影响．与季风对应，海洋环流也有很明显的季节变化，最明显的是索马里海流的季节转向。此外，索马早．阿拉伯沿岸夏季的很强的上翻，冬季则是下翻；跨越赤道在夏季有向南的EKhIAN输送，在冬季相反。不仅如此，北印度洋SST在一年有两次增暖、夏季风期fBJN拉伯海中部混合层的加深，

3、以及季风转换其阃赤道急流的存在等也是季节变化尺度上引人注目的现象。夏季的风应力在一年中占有优势，在赤道上出现了西风。此外，在赤道附近风应力大致从赤道以南的向西变为赤道以北的向东，这意味着年平均意义上有跨越赤道向南的Ekman流。这些特点是印度洋与其他大洋不同之处，对北印度洋的热收支和SST有重要影响。SST与海表面高度、热含量、温跃层深度等的相关分析也表明，在某些区域，除受海洋．大气之间热交换的影响外，海洋动力过程对SST的影响也占重要地位。根据混合层温度变化方程，利用海洋模式模拟结果进行诊断分析，估计了在SST变化中不同物理过程影响的相对重要性。就赤

4、道以北印度洋而言，海面净热通量和混合层底的卷夹过程都有半年周期，这是SST呈现半年周期变化的主要原因。在夏季，整个阿拉伯沿岸和孟加拉湾西部混合层底的卷夹作用占优势；海面净热通量在孟加拉湾SST的变化中始终是主要的影响因子；对几个典型区域的研究表明，不同的区域的混合层温度有着非常不同的变化机制。根据热量收支方程和海洋模式资料，定量估计了北印度洋的热量收支，重点研究了经向热输送及其影响机制。结果表明越赤道和越10。N阿拉伯海的热输送量大小具有可比性，且有相同的年循环特征，而100N孟加拉湾纬度的经向热输送较小，且具有半年变化周期；70S以北印度洋任一纬度上

5、的纬向风应力异常与此纬度上的经向热输送异常以及此纬度以北印度洋总的海面净热通量异常有很好的相关关系，相关系数最大可达一o．5以上。经向热输送集中在上500米，尤其在150米以上。在总的经向热输送中，经向翻转环流的贡献起主要作用，进一步证实了风对经向翻转环流的重要性。基于MOM2，我们设计了一个包括赤道的理想的热带印度洋矩形海盆模式，其目的是为了研究控制跨越赤道进入北印度洋的平均流深度的基本物理过程及影响机制。利用数值试验，分别研究了水平热量扩散系数、风应力的季节变化，以及风的Ekman抽吸对海洋热收支、海洋环流的影响。研究表明，水平热量扩散系数不同对越

6、赤道流的深度和经向热通量的影响不大：风的季节循环形成的季节扰动通量会使年平均的越赤道流加深，进入北印度洋的经向热通量减少，致使模式中SST降低，海面净热通量增加。北印度洋风场负的Ekman抽吸将使上层(混合层)海洋温度降低，下层升高，越赤道流加深，进入北印度洋的经向热通量减少，致使模式中SST降低，海面净热通量增加。我们还通过全球海洋环流模式，进一步证实了风应力的季节变化在北印度洋热收支、SST以及海洋环流变化中的作用：即包含风应力的季节变化将使长期平均的SST降低，海面净热通量增加、。与之相联系，海洋环流也发生了相应的变化。．揭示了风的季节变化形成的

7、经向热输送盼‘季节扰动通量’'A使北印度洋SST降低．海面净热通量增加的机制：在夏季风作用下，北半球的索马里沿岸产生强的上翻，上翻的冷水在被加热的过程中，有较多的海面净热通量进入海洋；而冬季相反的风应力不能“抵消”夏季的上翻，因为被加热的水不能够在冬季被下翻，致使冬季海洋释放的海面净热通量小于夏季进入海洋的海面净热通量。这种“不对称”的“季节矫正(rectify)”将引起海面净热通量增加；第二种途径是季节变化的风场引起了强的穿越等密面的热通量，其方向总是向下，它的增加使得深层温度升高，而上层温度降低，也会导致海面净热通量增加。以上研究成果为研究印度洋海

8、洋．大气相互作用和印度洋海洋环流的数值模拟提供了新的理论依据和进一步的认识。关键词：热带印度洋