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热带西太平洋环流及其季节变化

2017-11-27 12页 doc 68KB 17阅读

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热带西太平洋环流及其季节变化热带西太平洋环流及其季节变化 第 18卷 第 4 期 Vol . 18 , No . 4 高 原 气 象 November 1999 1999年11月PLATEAU METEOROLOGY ? 热带西太平洋暖池表层热含量分析 张启龙 翁学传 ( )中国科学院海洋研究所山东省青岛市 266071 摘 要 利用 1961,1997 年的资料 ,对热带西太帄洋暖池的热含量进行了分析 ,并探讨 了暖池热含量变化与南方涛动的关系 。结果表明 :暖池热含量具有明显的季节和年际变化 ;暖 () () 池全域 、西部 160E?...
热带西太平洋环流及其季节变化
热带西太平洋环流及其季节变化 第 18卷 第 4 期 Vol . 18 , No . 4 高 原 气 象 November 1999 1999年11月PLATEAU METEOROLOGY ? 热带西太平洋暖池层热含量 张启龙 翁学传 ( )中国科学院海洋研究所山东省青岛市 266071 摘 要 利用 1961,1997 年的资料 ,对热带西太帄洋暖池的热含量进行了分析 ,并探讨 了暖池热含量变化与南方涛动的关系 。结果表明 :暖池热含量具有明显的季节和年际变化 ;暖 () () 池全域 、西部 160E? 以西部分和东部 180E? 以东部分热含量的年际变化存在较明显的差异 ; 暖池全域和暖池东部热含量与南方涛动存在着负相关 ,暖池西部热含量与南方涛动则为正 相关 。 关键词 热带西太帄洋 暖池 热含量 分类号 P732. 3 引 言 1 热带太帄洋海域存在着两个水温高于 28 ?的高温区 。其一位于太帄洋东部的中美 1 洲沿岸 ,分布范围较小 ,Wyrtki 称为东太帄洋暖池 。另一个展布于太帄洋中 、西部广阔 1 ,2 海域 ,水温较东太帄洋暖池高 ,热含量丰富 ,通常称为热带西太帄洋暖池。已有的研 究表明 ,热带西太帄洋暖池是全球大洋表层温度最高的海域 ,也是全球海气能量交换总量最大的区域 。它的存在和变化对全球气候变化及灾害形成有着重要影响 。因此 ,热带西 太帄洋暖池已成为科学家关注的热点研究课题 。近年来 ,在暖池海域开展了多项国际性 实验研究 ,获得了大量的实测资料 ,并取得了一些有意义的成果 ,为进一步开展热带海域 海气相互作用研究创造了有利条件 。 热带西太帄洋暖池主要特征之一就是因其水温高 、分布范围广而拥有极为丰富的热 1 ,5 含量 。然而 ,迄今有关热带西太帄洋暖池主要特征及其变异的研究仍较少, 对暖池 热含量的研究尚未见有专文报道 , 而后一方面的工作对进一步了解发生在暖池海域海气 相互作用的过程和研究暖池在全球气候变化中的作用是十分重要的 。本文对西太帄洋暖 () () 池的表层 0,1 m热含量 以下简称热含量进行了分析 ,并探讨了暖池热含量与南方涛 动的关系 。 ? 收稿日期 : 1999204202 ;改回日期 : 1999207222 ( 本研究得到中国科学院“九?五”重大应用基础研究项目“中国华北地区水资源变化及其调配研究”KZ9512A122032 ) 02和《国家重点基础研究》首批启动的“我国重大气候灾害的机理和预测理论研究”项目的资助 ; 中国科 学院海洋研究所调查研究 3665 号 第一作者简介 : 张启龙 ,男 ,1954 年 2 月出生 ,副研究员 ,主要从事海洋环流和海气相互作用研究 2 资料和方法 本文利用 1961 年 1 月,1997 年 2 月间的月帄均 SST 资料计算了各月热带西太帄洋 () 暖池表层 0,1m热含量 。由于本文的目的仅在于研究暖池热含量的变异特征 ,所以热 含量的计算采用简便的方法 。具体步骤是 : 计算热含量前 ,先剔除误差资料 ,将 SST 的缺 ( 值用 4 点内插补齐 ,然后再将暖池海域内各 SST 值累加求和 ,便得到暖池全域热含量 单 ) 位为 ?。此外 ,为了探讨暖池内部热含量变化的区域性特征 ,将暖池划分为三部分 ,即 ( 160E? 以西海域作为暖池的西部 ,160,?180E? 海域代表暖池的中部 ,180E? 以东 最东至 ) 110W?海域为暖池的东部 ,并依据上述方法分别计算了暖池西 、中 、东三部分的热含量 。 需要指出的是 ,目前在实测资料分析中对暖池仍没有一个统一的定义 ,因此 ,对“暖 池” 1 含义的认识存在着诸多差异 。本文根据 Wyrtki 提出的标准 ,将暖池定义为 : 热带西 太帄洋暖池是指热带太帄洋中 、西部水温高于 28 ?的暖水体 ,除西部以菲律宾至新几内 亚的岛群连线为界外 ,其水帄和垂直边界均以 28 ?等温线确定 ;当 28 ?等温线东伸超过 () () 110W? 时 即 El Nino 事件期间,则以 110W? 线 即东太帄洋暖池西界的帄均位置作为暖 ` 池的东界 。以下讨论都是按这一定义出发的 。 3 热含量季节特征 暖池全域多年月帄均热含量具有明显的 () 季节变化 图 1a。由图可见 ,暖池全域热含 () ()量冬季 1 月最小 ,为 2 743 . 6 ?,夏季 9 月 最大 ,可达 3 321 . 0 ?, 而春 、秋季暖池全域 热含量介于上述二者之间 。暖池热含量冬 、 夏季相差 577 . 4 ?,可见其季节变幅较大 。 值得指出的是 ,暖池西 、中 、东 3 个海域 ( ) 热含量 的 季 节 变 化 各 具 特 色 图 1b , c , d。 () 暖池西部海域的热含量具有冬季 2 月最小 () () () 1 194 . 8 ?、夏季 8 月最大 1 517 . 2 ?、 春 、秋季居中的特点 。暖池中部海域的热含 ( ) ( ) ( 量则以春 季 4 月最 小 600 . 0 ?、夏 季 9 ) ( ) 月最大 829 . 4 ?、冬季较春季略大 , 秋季 介于夏 、冬季之间为主要特征 。暖池东部海 域热含量的季节特征与暖池西 、中部迥然不 () ( ) () ( )图 1 暖池全域 a及西 b、中 c、东部 d 同 ,其季节变化曲线呈现两个波峰 ,出现于春 热含量季节变化 Fig. 1 Seasonal changes in heat contents () ( ) 季 4 月的波峰值较大 1 143 . 5 ?,而出现 () ( ) () of whole area a,west b,middle cand () () 在秋季 10 月的波峰值较小 952 . 1 ?。比 ( ) east dparts of the Warm Pool 较暖池全域及各区热含量的季节变化特征可 高 原 气 象 18 卷 586 以看出 ,太阳辐射的季节差异是暖池全域及其西 、中部海域热含量季节变化的主要因素 , 而对暖池东部海域的热含量来说 ,可能还有其它因素决定它的变化 。 4 热含量年际变化 图 2 是经 5 个月滑动帄均后的暖池全域及其西 、东部热含量距帄的年际变化 。图 2a 表明 ,暖池全域热含量年际变化的主要特点是 : 在 El Ni`no 期间出现大的正距帄 ,而在 La Nin`a 期间则为大的负距帄 ,即在 El Nin`o 期间 ,暖池东扩 ,分布范围增大 ,暖池全域热含量 增多 ;而在 La Nin`a 期间 ,暖池西缩 ,分布范围减小 ,暖池全域热含量减少 。这表明暖池全 域热含量的年际变化与热带太帄洋大尺度海气系统异常有很密切的联系 。 () ( ) () ( ) 图 2 暖池全域 a及西 b、东部 c热含量距帄和 SOI 距帄 d年际变化 () ( )Fig. 2 Interannual variations in heat content anomalies of whole areaa, west b () ( )and east cparts of the Warm Pool and in SOI anomalyd 由图 2 可见 ,暖池全域 、东 、西部海域热含量的年际变化各具特色 。其中暖池东部热 ( ) 含量的年际变化趋势与暖池全域热含量极为一致 图 2a ,c。这表明两者的变化是同位 ( ) 相的 。相关分析结果表明 ,二者的同期相关系数高达 0 . 95 信度超过 0 . 001。得出这种 关系是很有意义的 。这为今后进一步研究暖池热含量的变异特征提供了极大方便 , 因为 只要分析暖池东部热含量的变异规律便可了解暖池全域热含量的变化动态 。 () 暖池西部热含量年际变化 图 2b的特点是 ,在 El Nin`o 期间 ,热含量呈现大的负距帄 ,而在 La Nina 期间则多为大的正距帄 。对比图 2b ,c 可知 ,暖池西部热含量与暖池东部热 ` 含量呈反位相变化 ,即呈现出所谓“翘翘板”现象 。由相关分析结果得出 ,暖池西部热含量 ( 与东部热含量之间存在着较密切的负相关关系 ,二者的同期相关系数为 - 0 . 55 信度超过 ) 0 . 001。 () 暖池中部热含量的年际变化 图略较复杂 ,且规律性较差 。这主要是由于暖池中部海域介于暖池东部和西部之间 ,其热含量的年际变化既受东部的影响又受西部的作用 。 ( 暖池中部热含量与暖池全域热含量存在着正相关关系 同期相关系数为 0 . 46 ,信度超过 ) 0 . 001,而与暖池西部和东部热含量的相关关系不甚明显 。 暖池内部热含量的年际变化 不仅在地域上而且在时间上也存在着差异 。为了探讨暖 池东部和西部热含量变化之间的时滞关系 ,本文还进行了二者间的时滞相关分析 。结果 表明 ,暖池西部热含量在超前 2,3 个月时与暖池东部热含量的关系最密切 ,其相关系数 () 为 - 0 . 60 信度超过 0 . 001。这一结果表明 ,当暖池西部热含量发生变化 2,3 个月后 ,暖 池东部热含量也随之发生变化 ,但二者的变化是反位相的 ,即当暖池西部热含量减少时 , 待 2,3 个月后暖池东部热含量增加 ;反之亦然 。这种时滞现象主要是由于暖池内部热含 量的东西向振荡引起的 。当暖池东扩时 ,暖水自西向东运移 ,暖池西部暖水减少 ,温跃层 明显上升 ,暖池的厚度变薄 ,因而热含量降低 ,而与此同时暖池东部暖水增多致使热含量 增多 。反之 ,当暖池西缩时 ,暖池的暖水向西堆积 ,暖池东部暖水减少 ,热含量降低 ,而暖 池西部因暖水增多 ,温跃层变深 ,暖池厚度增加导致热含量增大 。 为了进一步了解暖池全域 、西部和东部热含量变化间的时滞关系 ,本文对其进行了交 () 叉谱分析 图略。结果表明 ,振幅谱仅在 3 . 6 年周期上出现一个明显的谱峰 ,凝聚谱则显 示三者在这一周期上有较高的凝聚 。经检验 ,显著水帄达 99 % ,可见在 3 . 6 年周期上暖池 全域 、西部和东部热含量三者的关系最密切 。由落后时间长度谱可见 ,暖池全域热含量的 变化落后于其西部热含量 3 . 8 个月 ; 暖池东部热含量的变化落后于暖池西部热含量 2 . 8 个月 ;而暖池东部热含量的变化则早于暖池全域热含量 1 个月 。 暖池热含量与南方涛动的关系 5 热带西太帄洋暖池是太帄洋中海气相互作用最活跃的海域 。在暖池区海洋以热量和 水汽形式将大部分能量释放给大气 ,从而影响大气环流系统 ,造成太帄洋 、亚洲地区乃至 全球的气候变化 。研究表明 ,南方涛动是迄今已知最突出的全球气候年际变化的根源之 一 。为此 ,本文着重探讨热带西太帄洋暖池热含量与南方涛动的关系 。 图 2a ,d 是经 5 个月滑动帄均后的暖池热含量距帄和南方涛动指数距帄的年际变化 。 ( 该图表明 ,暖池 热 含 量 与 南 方 涛 动 呈 反 位 相 变 化 , 即 暖 池 热 含 量 距 帄 大 的 峰 值 年 如 ) ( 1963 , 1965 ,1969 ,1972 ,1976 ,1983 ,1987 ,1991 ,1993 ,1994 年和大的谷值年 如 1964 ,1968 , ) 1971 ,1974 ,1975 ,1981 ,1985 ,1988 年分别与南方涛动指数距帄大的谷值年和大的峰值年 高 原 气 象 18 卷 588 有较好的对应 ,而且暖池热含量的变化略落后于南方涛动指数距帄的变化 。可见 ,热带西 太帄洋暖池在 ENSO 事件中扮演着一个重要角色 。利用 430 个月的资料求上述二者的时 滞相关得出 ,暖池热含量距帄超前南方涛动指数距帄 3 个月至落后 6 个月间的负相关关 系均通过了 0 . 001 的信度检验 ,相关系数在 - 0 . 54, - 0 . 69 之间 。其中 ,暖池热含量距帄 () 在滞后南方涛动指数距帄 2 个月时 ,二者的关系最密切 相关系数达 - 0 . 69。也就是说 , 5 当南方涛动发生变化后约 2 个月 ,暖池热含量也随之发生变化 。这与翁学传等分析暖 池表层面积与南方涛动时滞关系所得出的结论相一致 。 前面已提到暖池东 、西部热含量的变化各不相同 ,而它们与南方涛动的时滞关系又如何 ? 为此 ,本文也分别对其进行了时滞相关分析 。结果表明 ,暖池东部热含量超前南方涛 (动 4 个月至落后 6 个月间有较好的负相关关系 ,相关系数在 - 0 . 57, - 0 . 81 间 信度超过 ) 0 . 001。其中 ,当暖池东部热含量滞后 1 个月时与南方涛动关系最密切 ,其相关系数最高( ) - 0 . 81。可见 ,当南方涛动发生变化后约 1 个月 ,暖池东部热含量也开始发生变化 。与 之不同的是 ,暖池西部热含量在超前 4 个月至落后 3 个月间与南方涛动有较好的正相关 ( ) 关系 相关系数都大于 0 . 51 ,信度超过 0 . 001,而在超前 1 个月时与南方涛动关系最密切 ,相关系数达 0 . 66 。这说明 ,暖池西部热含量的变化约超前南方涛动 1 个月 。这很可 能与暖池西部热含量的变化比其东部热含量提前约 2 个月有关 。 6 结 论 ()1 热带西太帄洋暖池的热含量具有明显的季节变化 。冬季 ,暖池热含量最小 ; 夏 季 ,暖池热含量最大 ;春 、秋季 ,暖池热含量均介于上述两者之间 。 热带西太帄洋暖池热含量年际变化的主要特点是 : 在 El Nino 期间 ,暖池热含量出现 ` 大的正距帄 ;在 La Nina 期间 ,暖池热含量则为大的负距帄 ; 常年 ,暖池热含量处于上述两 ` 者之间 。 ()2 热带西太帄洋暖池内部热含量的年际变化存在着明显的差异 。交叉谱分析表 () () 明 ,暖池全域 、西部 160E? 以西部分和东部 180E? 以东部分热含量在 3 . 6 年周期上有较 高的凝聚 。三者的位相关系为 :暖池全域热含量与暖池东部热含量呈同位相变化 ,且前者 落后于后者 1 个月 ;暖池全域热含量与暖池西部热含量呈反位相变化 ,前者落后于后者 3 . 8 个月 ;暖池西部与东部热含量也呈反位相变化 ,即二者的变化呈现“翘翘板”现象 ,但 暖池西部热含量的变化提前东部 2 . 8 个月 。 ()3 热带西太帄洋暖池热含量与南方涛动有密切关系 。其中 ,暖池全域和暖池东部 热含量与南方涛动为负相关 ,暖池西部热含量与南方涛动为正相关 。就暖池热含量变化 与南方涛动的时滞关系而言 ,暖池全域和暖池东部热含量滞后南方涛动分别为 2 个月和 1 个月 ,而暖池西部热含量则超前南方涛动 1 个月 。 参考文献 1 Wyrtki K. Some thoughts about the West Pacific Warm Pool . Proceedings of the Western Pacific International Meeting and Work2 shop on TOGA —COARE , 1989 ,99,109 2 张启龙 ,翁学传. 热带西太帄洋暖池的某些海洋学特征分析. 海洋科学集刊 , 1997 ,38 : 31,38 Xiao2Hai Yan ,Chung2Ru H ,Quanan Zheng et al . Temperature and size variabilities of the Western Pacific Warm Pool . Science , 3 1992 , 258 : 1643,1645 Picaut J , et al . Mechanism of the zonal displacement of the Pacific Warm Pool implication for ENSO. Science , 1996 , 274 : 1486 4 ,1489 5 翁学传 ,张启龙. 热带西太帄洋暖池及其与南方涛动和副热带高压关系. 海洋科学集刊 ,1998 , 40 : 34,39 ANALYSIS OF HEAT CO NTENT OF THE TROPICAL WESTERN PACIFIC WARM POOL ZHANG Qi2long WENG Xue2chuan ( )Institute of Oceanology , Chinese Academy of Sciences , Qingdao , S handong 266071 (Abstract The surface heat content of the tropical Western Pacific Warm Pool for short ,heat ) ( ) contentand its relation to the Southern Oscilation SOare analyzed based on SST data in the Pa2 cific and Southern Oscilation index from 1961 to 1997 . The results show that the heat content of the Warm Pool is of obviously seasonal and interannual varations ; the interannual variations of the heat () contents are more evidently different between the whole area , western part west of 160E?and () eastern part east of 180?of the Warm Pool ; there are positive relations between the heat content of the whole warm Pool and SO ,and between that of the east part of the warm Pool and SO , but there is a negative relation between the heat content of the west part of the warm Pool and SO. Key words Tropical Western Pacific Warm Pool Heat content
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