Labrador海区对流年际振荡机制的初步探讨
海洋中的深对流为海洋中的径向翻转流的垂向分支，大气造成海面降温，使海面的水体增重并下沉。在北大西洋，这个过程将海面向北运动的湾流，和底层向南运动的西边界流以及内区流动建立起联系（Bower et al.，2009）。海表的增密主要是由又冷又干的海面风使海面向大气的损失大量的感热和潜热。所以研究海洋深对流的发展变化对全球海气系统有重要意义。 已有的研究结果揭示不论是模态水形成区还是深对流形成区（陆架区除外），对流运动都存在年际振荡，大部分人都将其和风应力、太阳辐射、淡水通量等外部强迫联系起来，较少考虑海洋自身的内部因素。本文将从以往最普遍的观点入手，阐述浮力通量和深对流发展变化的关系。首先，选择对流发展的表征量——混合层深度。本文通过对 Holte和 Talley（2009）的剖面的混合层深度的方法进行分析，并依据Labrador海实际情况，提出了适用于该海区的混合层深度计算方法。再从 MERRA，CFSR等浮力通量数据，ARGO CORA3.3的温盐数据入手分析Labrador海区近20年得对流发展和浮力通量的关系。发现两者之间的对应关系不是很好。所以下文将提出对流年际变化新的物理机制。 杨嘉岩（1996）利用 Killworth和 Smith（1984）的海洋模式和 Welander（1977）海冰热力学模式的耦合模式研究有冰区域海洋的对流过程。这个模式是通过稳定的年循环外强迫所驱动，成功的模拟了冷中间水（dichothermal layer，此处指在 Okhotsk海形成的冷中间水)的形成和存在，并成功模拟了有冰区的海面的一年内的季节变化，并发现产生一个5年的振荡周期，与杨嘉岩不同，本文将在冬季无冰的开阔海洋中进行讨论。 本文将开阔海洋的对流场和背景流场联系起来，说明背景流的盐度输送是对流场发生跃变的主要机制，并建立温盐的理想热力学模型解释对流的年际振荡。 对模型中的物理量进行假设，可以得到不同的振荡模态。首先假设对流区上下层密度差与流量不存在函数关系，得到关于8个变量的6个方程，通过假设其密度函数是随时间变化已知的值，可以解得其稳态方程，发现其流量随时间成明显的振荡，体现了对流场因为热盐要素本身，而发生年际变化。 再者，假设对流区的上下层密度差与流量存在函数关系，我们假设此函数关系已知，并通过假设对对流上下层进行无量纲化，可以得到流量存在两年为周期的振荡。该种假设的物理机制实际是认为在对流区的两层里，每到冬季海面温度降低，海水增重，静力不稳定，表层海水下沉，与下层发生对流混合，由于在对流区下层高盐，到了夏季，由于太阳辐射，海面迅速增温，海面密度迅速减低，形成再分层现象。次年冬，又再重复上述步骤。所以每次冬季混合导致上层盐度增高（下层由于对流层底会给其补充盐度，所以认为不变），不断减小垂向分层强度，直至发生强对流混合，即对流混合深度异常高，此时参与对流混合的密度高于常年，促使对流下层向边界层下层体积通量增加，所以上层补偿流增多，对流区上层盐度被强烈稀释，盐含量又回到初始状态，从而周而复始。
Labrador海区;流年际振荡机制;全球海气系统;计算方法
中国海洋大学
硕士
流体力学
林霄沛
2013
中文
P731.2
77
2013-09-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）