淡水通量对ENSO影响的统计分析及数值模拟研究

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ENSO(El Ni(n)o-Southern Oscillation,厄尔尼诺—南方涛动)是全球大气和海洋年际变化最强的信号,它对全球气候变化有着重要影响,更与全球各种气候灾害有着千丝万缕的联系。关于ENSO的影响机理的研究,过去主要关注风应力和热通量的作用,近年来,发现淡水通量对ENSO也具有重要的调制作用。本文从观测、海洋环流模型、海气耦合模型等多种角度系统的研究淡水通量对ENSO的影响,并探讨其影响的物理机制。  从观测上看,不同的降水和蒸发观测资料,其气候态的空间分布相差不大,但是大小差别比较明显。不同降水和蒸发观测资料的年际变化标准差,差别比较明显,这导致利用不同的降水和蒸发资料,来计算淡水通量,会产生较大的误差。  淡水通量同ENSO之间,存在着密切的联系,具体表现为:在El Ni(n)o年,随着SSTA的增加和增暖中心的东移,ITCZ正的淡水通量增加,暖池附近正的淡水通量中心跟着SSTA往东移动;在La Ni(n)a年,随着负的SSTA的增强,赤道中西太平洋负的淡水通量异常也随之增强。  在POP2海洋环流模式中,淡水通量影响海温的物理过程,可以基于物理背景的不同完全区分为两个过程,通过浮力通量影响海温的过程体现了浮力强迫对海洋边界层湍流动能的影响,其主要表征了强迫场的属性;通过盐度方程影响海温的过程主要体现了淡水通量对海洋层结稳定的影响,其主要表征了淡水通量对海洋背景场的影响。数值试验结果表明,淡水通量通过盐度方程对海温的影响占主要作用。  如果忽略了海气相互作用,淡水通量的年际变化异常对典型的El Ni(n)o事件具有增强作用,但是其对典型的La Ni(n)a的影响并不明显。这是由于在典型的El Ni(n)o事件中,淡水通量的异常值相对较强,其导致的上层海洋海温的垂直混合率的变化幅度更大,另一方面,也源于上层海洋比较稳定,海洋背景场稳定度较强,海温的垂直梯度相对较大,相同的垂直混合率可以导致更多次表层冷水的上翻以影响SST的变化。  在包含海气耦合的地球系统模型(CESM1.0)中,通过应用一个经验的淡水通量修正方案,淡水通量的气候态和年际变率误差可以得到有效的减小,与此对应,其对ENSO变率模拟偏强的误差也可以得到有效的改善。其物理机制可以总结如下:在El Ni(n)o期间,进入海洋的正的淡水通量由于加了一项修正项的缘故减少了,从而海洋上混合层稳定度减小,导致垂直混合和海水上翻程度增强,从而有利于抑制SST的继续增强。该效果会进一步通过SST-风应力-温跃层厚度的反馈过程得到增强:减少的SSTA导致纬向风应力异常减小,从而进一步降低SSTA。此外,降低的SSTA还可以进一步通过减少降水从而降低淡水通量。La Ni(n)a事件中的情形与此类似,只是位相相反,淡水通量修正方案对SSTA变冷起抑制作用。
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