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1、第10卷1期应用气象学报Vol.10,No.11999年2月QUARTERLYJOURNALOFAPPLIEDMETEOROLOGYFebruary1999X与气候变率有关的几个海洋学问题周天军 王绍武(北京大学地球物理系,北京100871)张学洪(中国科学院大气物理研究所LASG,北京100080)提 要围绕着海洋环流与气候变率的联系,概述了近年来有关温盐环流输送带路径、海洋环流在地球气候系统的热平衡和水循环中的作用、大洋温盐环流的稳定性和变率对气候的影响等方面的研究成果.关键词:海洋 温盐环流 气候变率引 言近20多年来,全球性
2、的气候异常频繁发生,给社会经济发展带来严重影响.从80年代初开始,各国科学家开始致力于研究人类活动特别是二氧化碳浓度增加引起的气候变化,从而揭开全球变化研究的序幕.随着研究的不断深入,人们越来越多地关注到海洋在全球气候变化中的作用.过去有关海气相互作用的研究主要集中在表层海温,比较典型的工作是关于ENSO的研究.近年来,有关过去及当前气候变化的研究,使得人们直接关注到海洋环流在全球气候变率中的作用.海洋环流可分为表层的风生洋流和深层的温盐环流两部分,后者是由温度和盐度变化引起海水密度差造成的.温盐环流的驱动力来源于海表,高纬冷却使得表
3、层海水密度加大而下沉,在深层向着赤道方向流去;低纬加热使得海水密度减小上翻,在相对浅的深度上流回高纬,从而构成闭合环流.温盐环流的稳定性、变率以及与之相联系的极向热输送,将对局地和全球气候产生明显影响.1996年公布的《气候变率与可预报性研究》报告(CLIVAR),明确地将年代到百年尺度气候变率与可预报性研究单独作为一个子计划提出来(CLIVAR2DecCen),强调开展与年代际及更长期变率有关的海洋过程研究,探索长期特别是年代际气候变率的成因.围绕着海洋特别是温盐环流与气候变率的联系,本文概述了近年来在分析诊断方面的主要研究成果.这
4、些成果有助于我们更好地理解海洋环流在海气耦合系统中的作用,增X本文受国家自然科学基金49635190《20世纪中国与全球气候变率研究》项目和LASG开放课题支持.1997207209收到,1998206226收到修改稿.©1995-2003TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.1期 周天军等:与气候变率有关的几个海洋学问题95进对海洋环流与气候变率之间联系的理解.1 温盐环流输送带研究类似大气环流的温盐环流,由于能够把热量从低纬输送到高纬,故常被称作
5、“输送带”.与大气环流不同的是,温盐环流的形势特别是其从低纬向高纬的返回支的路径,至今仍不是很清楚,因此一直是学术界关注的焦点问题之一.高纬海水下沉只发生在少数相对较为隐蔽的位置,例如地中海、北大西洋北部以及南极大陆架.根据温度和盐度特征,目前观测到的大洋底层水团主要有两个,其轨迹遍布世界大洋:形成于威德尔海的南极底层水(AABW)和形成于北大西洋北部,靠近拉布拉多海的北大西洋深层水(NADW).除北大西洋40°N以北地区外,在所有的纬度上,NADW都位于AABW之上.如全球温盐环流输送带示意图(图1)所示,形成于北大西洋的NADW在
6、大西洋深层以西边界流的形式向南流去,之后围绕着南极绕极急流(ACC),NADW部分和形成于威德尔海的AABW混合,流向太平洋和印度洋,在那里,深层水上[1,2]翻穿过温跃层达到上层海洋,它被称作“NADW输送带”.该输送带由位于北大西洋高纬的海水下沉支驱动.图1 全球温盐环流输送带示意图(引自文献[2].图中输送带中的阴影部分表示海洋浅层较暖的、流回北大西洋的洋流,未加阴影的部分表示海洋深层冷而咸的、流出北大西洋的洋流)该输送带的第一部分已很清楚,但返回支尚不明了.按照图1,上层洋流是通过印度尼西亚—阿婆罗海域、环绕好望角的南端返回北
7、大西洋的;但据近期研究,洋流的返回路径可能至少有两条:一是“暖水路径”,经过南印度洋流入南大西洋;一个是“冷水路径”,从南太平洋流入南大西洋.图1强调的是暖水路径.有证据表明,在太平洋和印度洋,海水上翻很弱,因而返回大西洋的洋流不可能完全是通过上层海洋的,太平洋和印度洋海水可©1995-2003TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.96 应 用 气 象 学 报 10卷能在距海表千米深处流回ACC,再返回大西洋.图2是最近由Webster
8、给出的修正后的温盐环流输送带示意图,它强调了冷水路径,返回大西洋的海流的70%是通过冷水路径的.图2中北大西洋和威德尔海加影线的海域表示的是形成深层水的主要源地;大西洋深层水向南流去,最终到达太平洋;返回大西洋的海流包括
