太平洋北赤道逆流年際變化的特征及其影響因子分析?

于　飛， 王　啟

(1. 中國海洋大學(xué)物理海洋教育部重點實驗室，山東省高校海洋-大氣相互作用與氣候重點實驗室，山東 青島 266100；

2. 中國人民解放軍92635部隊氣象臺，山東 青島 266100)

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太平洋北赤道逆流年際變化的特征及其影響因子分析?

于飛1,2， 王啟1??

(1. 中國海洋大學(xué)物理海洋教育部重點實驗室，山東省高校海洋-大氣相互作用與氣候重點實驗室，山東 青島 266100；

2. 中國人民解放軍92635部隊氣象臺，山東 青島 266100)

摘要：采用SODA數(shù)據(jù)資料，分析了1950—2008年太平洋北赤道逆流(NECC)的年際變化特征及其與ENSO循環(huán)的聯(lián)系。研究結(jié)果表明：(1)a)盛期是NECC流量由年際異常增大(減小)到異常減小(增大)的轉(zhuǎn)折點；(2)NECC流軸的緯度在a)盛期達(dá)到年際異常最南(北)端；(3)NECC流軸在深度上呈西深東淺傾斜，a)盛期傾斜最弱(強)。通過構(gòu)造典型ENSO循環(huán)的海表面風(fēng)應(yīng)力場，驅(qū)動一層半線性約化重力數(shù)值模式，結(jié)果驗證了在NECC的年際變化中海表面風(fēng)應(yīng)力場是關(guān)鍵因素，而大洋波動(Kelvin波和Rossby波)和洋流本身是海洋內(nèi)部的主要動力調(diào)整機(jī)制。

關(guān)鍵詞：太平洋北赤道逆流； ENSO循環(huán)； 年際變化； 一層半線性約化重力數(shù)值模式

YU Fei, WANG Qi. The interannual variabilities of the Pacific North Equatorial countercurrent and influencing factors[J]. Periodical of Ocean University of China, 2016, 46(2): 6-13.

太平洋北赤道逆流(NECC)是一支起源于西太平洋暖池區(qū)，自西向東流動，位于赤道以北2°N～10°N之間洋盆尺度的穩(wěn)定洋流。其北界和南界分別為向西流的北赤道流(NEC)和南赤道流(SEC)。

早在1943年Sverdrup等人描述了太平洋的表面流：向西流的NEC和SEC以及向東流的NECC[1]。之后不斷有關(guān)NECC的觀測數(shù)據(jù)和研究結(jié)果涌現(xiàn)出來，對其認(rèn)識也不斷清晰。

基于西太平洋上不同海洋觀測站位和不同時間段的實地觀測數(shù)據(jù)，相關(guān)的研究工作指出，NECC自西向東輸運量由大于30Sv減小到小于10Sv；流軸深度自西向東由110m變淺至40m，并且向北傾斜[2-3]。

通過分析160°E至日界線驗潮站的數(shù)據(jù)記錄，發(fā)現(xiàn)NECC的增強提前于El Nio的強盛期6個月[11]。然而，在170°W～110°W范圍內(nèi)，1991—2001年ADCP(Acoustic Doppler Current Profiler)的數(shù)據(jù)分析表明，在El Nio年的8—12月，NECC是減弱的[12]。所以，對于NECC的年際變化特征和機(jī)制及其與ENSO的關(guān)系仍需進(jìn)行細(xì)致深入的分析研究。

本文通過對SODA(1950-01—2008-12)資料的統(tǒng)計，分析得出NECC全流域(130.25°E～83.25°W)范圍內(nèi)的年際變化特征。采用一層半線性約化重力數(shù)值模式，模擬ENSO循環(huán)期間NECC的年際異常變化特征，分析海表面風(fēng)應(yīng)力場、海面動力高度場、以及溫躍層深度的變化，對NECC變化的影響，同時探究熱帶大洋波動(赤道Kelvin波，沿岸Kelvin波和Rossby波)與NECC年際變化的關(guān)系。

1數(shù)據(jù)介紹與模式配置

1.1 數(shù)據(jù)介紹

本文采用了海洋同化數(shù)據(jù)集SODA2.2.4的1950年1月—2008年12月的數(shù)據(jù)。水平方向上的分辨率為0.5(°)×0.5(°)。垂直方向上的分辨率為不等間距，共40層。下載地址為：http://iridl.ldeo. columbia.edu /SOURCES/.CARTON-GIESE/.SODA/.v2p2p4/。SODA旨在提高對上層海洋的再分析能力，深層海洋的模擬能力較為欠缺，但NECC主要位于上層海洋，所以使用SODA資料集是能夠滿足本文分析需要的。

1.2一層半海洋模式

本文使用的數(shù)值模式是一層半約化重力海洋模式，采取剛蓋近似，實際岸界和風(fēng)應(yīng)力驅(qū)動。其控制方程為：

(1)

(2)

(3)

由于模式主要針對NECC，同時在不切斷完整熱帶環(huán)流系統(tǒng)的前提下，將模型的計算區(qū)域設(shè)定為經(jīng)度(120.25°E～288.25°E)，緯度(18.25°S～39.25°N)，模式格點分辨率為0.5(°)×0.5(°)，模式設(shè)置的初始上層厚度H=150m。

本文通過改變參數(shù)g′的值，反映氣候態(tài)的海洋溫躍層深度。通過模式輸出的氣候態(tài)月平均溫躍層起伏量與SODA海表面高度的相關(guān)系數(shù)場作為依據(jù)，選取g'隨緯度的設(shè)置值如圖1所示，在3°N～4°N及8°N～9°N取小值，對應(yīng)氣候態(tài)的溫躍層加深，在6°N～7°N的極大值，對應(yīng)氣候態(tài)的溫躍層隆起。

AH作為模式中能量的耗散項參數(shù)，在低緯度范圍內(nèi)(13.25°S～29.25°N)，AH=2×104m2·s-2，在模式的上下邊界附近(18.25°S～13.25°S和29.25°N～39.25°N)，隨著緯度的增高，AH的設(shè)置值線性增大，即從13.25°S的2×104m2·s-2線性增大到18.25°S的4×104m2·s-2，從29.25°N的2×104m2·s-2線性增大到39.25°N的6×104m2·s-2，目的是為了消除由于人為給定的北邊界而產(chǎn)生的虛假的Kelvin波信號，同時也為了保證在中高緯度地區(qū)模式運行的穩(wěn)定，即避免1.5層海洋發(fā)生露頭現(xiàn)象。

圖1　g′隨緯度的設(shè)置值

2統(tǒng)計量的表征方法

一般認(rèn)為NECC的底邊界為σθ=26kg·m-3等位勢密度面[10]，結(jié)合NECC的氣候態(tài)特征，本文采用的NECC流域的判定標(biāo)準(zhǔn)為：2.25°N～10.25°N之間，位勢密度σθ<26kg·m-3，緯向流速u>0m·s-1的上層海洋區(qū)域。

定義NECC的流量為：

NECC流軸的緯度為：

NECC流軸的深度位置為：

其中：x,y,z,t分別表示經(jīng)度，緯度，深度和時間；Σ為時刻t在某經(jīng)度x截面處，NECC的判定截面。

3NECC的年際變化

本文的年際變化是指基于SODA數(shù)據(jù)的相關(guān)統(tǒng)計量減去季節(jié)變化分量，得到該統(tǒng)計量的異常場，然后對異常場進(jìn)行濾波，得到的周期為15～96個月的年際異常分量。

區(qū)SSTA(單位：℃)，

o3.4區(qū)SSTA

區(qū)SSTA(單位：℃)，

圖5　緯向平均并標(biāo)準(zhǔn)化的NECC流量(紅實線)和流軸

圖6給出了NECC流軸深度傾斜的年際異常特征，其中分別選取130.25°E～179.75°E和120.25°W～83.25°W作為西部和東部的緯向平均范圍。

圖6　緯向平均并標(biāo)準(zhǔn)化的NECC流軸深度在西部

4ENSO循環(huán)對NECC的年際變化的影響機(jī)制

o時期合成的太平洋海表面風(fēng)應(yīng)力旋度異常的演變(單位：10-8N·m-3)

時期NECC緯向流速異常場(等值線)(間隔：0.04m·s-1)和

以上數(shù)值結(jié)果顯示，雖然一層半約化重力模式簡單，但能夠模擬出NECC年際變化的基本特征。數(shù)值模擬的演變過程說明，NECC年際異常首先是風(fēng)應(yīng)力驅(qū)動的結(jié)果，所以是關(guān)鍵因素，但是演變過程要依賴于Kelvin波和Rossby波等大洋波動，以及洋流本身的調(diào)制，所以大洋波動和環(huán)流本身是NECC年際異常的主要調(diào)制機(jī)制。

5結(jié)論

本文采用SODA的1950—2008年數(shù)據(jù)資料，分析了NECC的年際變化特征及其與ENSO循環(huán)的聯(lián)系；應(yīng)用典型的ENSO循環(huán)海表面風(fēng)應(yīng)力場驅(qū)動一層半線性約化重力數(shù)值模式，分析了NECC年際異常的海洋動力調(diào)制機(jī)制。主要結(jié)論如下：

a時期合成的太平洋海表面風(fēng)應(yīng)力旋度異常的演變(單位：10-8N·m-3)

時期NECC緯向流速異常場(等值線)(間隔：0.04m·s-1)和溫躍層起伏異常場(填色)(單位：m)的演變

(3)數(shù)值模擬演變過程說明，NECC年際異常首先是風(fēng)應(yīng)力驅(qū)動的結(jié)果，所以是關(guān)鍵因素，但是演變過程要依賴于Kelvin波和Rossby波等大洋波動，以及洋流本身的調(diào)制，所以大洋波動和環(huán)流本身是NECC年際異常的主要調(diào)制機(jī)制。

參考文獻(xiàn)：

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責(zé)任編輯龐旻

The Interannual Variabilities of the Pacific North Equatorial Countercurrent and Influencing Factors

YU Fei1,2， WANG Qi1

(1. The Key Laboratory of Physical Oceanography，Ministry of Education, The Key Laboratory of Ocean-Atmospheric Interaction and Climate, Universities in Shandong Province, Ocean University of China，Qingdao 266100，China; 2. The Meteorological Observatory of Unit 92635， PLA， Qingdao 266100, China)

Abstract:Based on SODA data product (1950～2008), the interannual variabilities of the Pacific North Equatorial Countercurrent (NECC) is examined in this study. ENSO exerts a significant impact on the interannual changes of the NECC. The results prove that: (1) the interannual anomalies of NECC transport shift from increasing to decreasing during the mature period of El Nio, while that is on the opposite during the mature period of La Nia; (2)the NECC core has a more southerly position during the El Nio years, and a more northerly position during the La Nia years; (3) the NECC core is deep in the west and shallow in the east. The inclination of NECC core reaches the slightest (strongest) degree during the peak of El Nio (La Nia). The wind-forced 1.5-layer linear reduced gravity ocean model experiments by setting composite of the sea surface wind stress curl anomalies during ENSO cycle are carried out to clarify that the sea surface wind stress plays a key role in the interannual changes of the NECC, while the tropical ocean waves (Kelvin wave and Rossby wave) and currents are the main dynamic adjustment mechanism of the ocean.

Key words:North Equatorial Countercurrent(NECC); ENSO; interannual variabilities; 1.5-layer linear reduced gravity ocean model

DOI：10.6441/j.cnki.hdxb.20150139

中圖法分類號：P731.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1672-5174(2016)02-006-08

作者簡介：于飛(1987-)，男，碩士生。E-mail:1844742711@qq.com??通訊作者：E-mail：wangqi@ouc.edu.cn

收稿日期：2015-04-09；

修訂日期：2015-05-25

基金項目：? 國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃項目(2012CB417402)；海洋公益性行業(yè)科研專項(201505007)資助

引用格式：于飛， 王啟.太平洋北赤道逆流年際變化的特征及其影響因子分析[J].中國海洋大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)， 2016, 46(2)： 6-13.

Supported by National Basic Reasearch Program of China(2012CB417402); The Public Science and Technology Reasearch Fand Projects of Ocean(201505007)