黑潮延伸体海温异常及其对北太平洋风暴轴和阿留申低压的影响

发布时间：2020-06-14 13:41

【摘要】：本文利用NOAA(National Oceanic and Atmospheric Administration)高分辨率海温资料、GODAS(Global Ocean Data Assimilation System)海洋再分析资料以及AVISO(Archiving Validation and Interpretation of Satellite Oceanographic)卫星高度计资料,讨论了黑潮延伸体系统的年代际变异,合成了延伸体收缩和扩张状态下的典型海温模态,并利用CESM1.2.0(Community Earth System Model)模式,分别以气候态海温、收缩模态海温和扩张模态海温为强迫场,分析了北太平洋风暴轴和阿留申低压对延伸体海温系统性变异的响应,得到的主要结论如下:(1)本文提出了纬向扰动海温(Zonal Perturbation Sea Surface Temperature,ZPSST)(即实际海温相对于其纬向平均的偏差)的概念,用以研究黑潮延伸体的热力变异结构,清楚揭示出黑潮延伸体的纬向收缩和扩张两种典型状态。收缩态对应暖ZPSST强度偏弱且影响范围偏南偏西,而扩张态对应暖ZPSST加强且影响范围向东向北延伸。该两种典型状态正好对应于ZPSST的EOF(Empirical Orthogonal Function)分解前两个主要模态,而第三、第四模态则反映了北侧亲潮强弱对ZPSST的影响。(2)暖ZPSST高值区对应着涡动动能(eddy kinetic energy,EKE)显著区,两者通过海洋温度锋的强度和流动的稳定性维持着较好的热力——动力关系:当黑潮延伸体强度加强时,流轴的位置偏北,表面输送加强,ZPSST增强,从而经向海表温度梯度增大,海洋温度锋增强,延伸体流轴稳定,路径平直,从流轴上脱落的涡旋减少,EKE减弱,反之亦然。(3)利用CESM模式研究了风暴轴对基于ZPSST EOF分解合成的延伸体收缩和扩张两种典型模态海温的响应。两种模态海温驱动下风暴轴分别呈现出经向和纬向反相变化的响应格局:延伸体收缩模态下,北太平洋风暴轴表现为南北经向强度的反向变化,即中心及其以北强度增强,而以南则强度减弱;延伸体扩张模态下,风暴轴表现为东西纬向强度的反向变化,即中心以西强度减弱明显,而中心以东强度有所增强。(4)从能量转换角度分析了风暴轴的可能响应机制。基流和涡旋形变的相互作用是正压能量转换的主要机制,延伸体收缩模态下,风暴轴中心轴线南北两侧能量转换的响应相反,轴线以北基流动能向涡动动能的转换增加,而以南则减少,扩展模态下基流平均动能向EKE的转换则整体增强;基流的温度切变与涡动热量输送的相互作用是斜压有效位能释放的主要机制,两模态下经向涡动热量输送和基流经向温度梯度的相互作用也呈现出明显的风暴轴南北两侧经向和东西两侧纬向反相变化的响应特征;冷暖气团的垂直运动是涡动有效位能转换为EKE的主要机制,两种海温模态强迫下,垂直运动和涡动温度的相关性响应差异也主要表现为风暴轴轴线南北经向和东西纬向的反相变化。(5)两种延伸体海温模态驱动下,阿留申低压响应强度均减弱,延伸体收缩模态下,低压中心位置略向西向北偏移,响应过程表现为一个东太平洋反气旋环流发生发展后逐渐衰落的过程,而扩张模态下中心位置显著东移北抬,响应过程表现为西太平洋气旋式环流减弱并被东部反气旋取代最后逐渐恢复的过程。海温变异造成的直接热力调整不是阿留申低压响应的主要原因,动力作用造成的辐合辐散和垂直运动是阿留申低压变异的主要机制。瞬变涡旋强迫异常造成的平均纬向风倾向、位势高度倾向和温度倾向异常的中心与海平面气压异常的高压中心均具有较好的对应关系,表明瞬变涡旋的异常活动对于阿留申低压异常的维持具有重要作用。
【学位授予单位】：国防科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P732;P461.2

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