黃海水溫與環(huán)流變化特征及機(jī)制研究.pdf

1、區(qū)域海如何響應(yīng)大尺度氣候變化是區(qū)域海物理環(huán)境與生態(tài)系統(tǒng)變化研究關(guān)注的關(guān)鍵問(wèn)題。大尺度氣候變化對(duì)具體海域的影響存在“大氣橋”和“海洋橋”兩個(gè)可能途徑。黃海為半封閉的西北太平洋邊緣海,地處東亞季風(fēng)區(qū),同時(shí)也臨近黑潮及其分支的陸架環(huán)流。海水溫度和環(huán)流是主要的動(dòng)力要素,在不同時(shí)間尺度上對(duì)其變化的特征已有大量的觀(guān)測(cè)、模擬和理論研究。對(duì)其變化機(jī)制,尤其是長(zhǎng)期變化的機(jī)制,尚有不同觀(guān)點(diǎn)存在,亟須進(jìn)一步研究。本文在大量前人研究的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步嘗試?yán)靡粋€(gè)

2、新近發(fā)展的大尺度海洋動(dòng)力模式,研究黃海水溫和環(huán)流的季節(jié)、年際與年代際的變化特征和動(dòng)力機(jī)制。模型基于歐洲海洋核心模型NEMO(Nucleus for European Modelling of the Ocean)。為了同時(shí)包括大尺度和局地海洋、大氣強(qiáng)迫,采用了全球和西北太平洋的嵌套模式。模型垂向分辨率為46層,全球模式水平分辨率約100km,西北太平洋子模式水平分辨率約25km。用大氣再分析資料強(qiáng)迫做長(zhǎng)期模擬,主要分析1958-2007

3、年50年間的模擬結(jié)果,保證了數(shù)據(jù)的連續(xù)性和較高的空間分辨率。將模擬結(jié)果與衛(wèi)星遙感(海表面動(dòng)力高度和海表面溫度)資料、代表性斷面觀(guān)測(cè)水溫資料、臺(tái)站水位資料及其它歷史資料相比較,結(jié)果表明模擬結(jié)果與觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)存在很好的一致性。在黃海暖流的機(jī)制研究部分,采用敏感性實(shí)驗(yàn),定量區(qū)分風(fēng)動(dòng)力強(qiáng)迫和冷卻熱力強(qiáng)迫在黃海暖流形成中的作用。模擬的水溫季節(jié)變化表明,黃海的冷卻季節(jié)為9-2月,加熱季節(jié)為3-8月。無(wú)論是加熱還是冷卻季節(jié),海氣熱輸送的絕對(duì)值均在量級(jí)上大

4、于側(cè)向熱輸送,海氣熱輸送是黃海水溫和熱含量整體水平的主要控制因素。側(cè)向平流熱輸送主要受水通量變化的影響,水溫高低對(duì)其影響較小。在水溫的年際與年代際變化方面,通過(guò)比較冷卻和加熱季節(jié)內(nèi)海氣熱輸送與側(cè)向熱輸送的相對(duì)量值大小,發(fā)現(xiàn)黃海區(qū)域整體水溫和熱含量的高低主要取決于海氣熱輸送的年際與年代際變化,不取決于黃海環(huán)流系統(tǒng)的側(cè)向熱輸送作用。黃海冬季水溫從冷相位向暖相位的躍遷發(fā)生在1988/1989年。研究表明東亞冬季風(fēng)強(qiáng)度是影響冬季水溫與熱含量整體

5、水平高低的直接因素,主要的影響機(jī)制為東亞冬季風(fēng)減弱,引起海氣熱輸送中潛熱分量的減小,使得水溫整體水平升高。大尺度氣候變化如北極濤動(dòng)的相位變化引起大氣環(huán)流的躍遷,影響東亞大槽的強(qiáng)度與位置變化,進(jìn)而以影響東亞冬季風(fēng)為中間途徑,對(duì)黃海的水溫狀況產(chǎn)生影響。夏季水溫從冷相位向暖相位的躍遷發(fā)生在1994年。加熱季節(jié)水溫的增量主要取決與短波輻射通量的年際變化,大氣活動(dòng)中心如副熱帶高壓的位置變化通過(guò)引起云量的變化改變海表面加熱狀況,最終影響躍層以上水體

6、的溫度變化。躍層以下的黃海冷水團(tuán)主要為冬季殘留,但仍受到表面加熱和側(cè)向混合的影響。從總體上看,黃海受到來(lái)自大氣和海洋兩方面長(zhǎng)期變化的影響,其中大氣的影響更為顯著,今后黃海水溫整體水平長(zhǎng)期變化的研究應(yīng)著重從大氣強(qiáng)迫的角度進(jìn)行。通過(guò)敏感性模擬和分析,證明黃海暖流是局地季風(fēng)驅(qū)動(dòng)的正壓補(bǔ)償流。黃海暖流的變化與對(duì)馬暖流沒(méi)有直接的關(guān)系,不是黑潮分支。暖水和暖流都是對(duì)季風(fēng)系統(tǒng)的響應(yīng),但前者主要受海面熱通量變化影響,后者是受風(fēng)應(yīng)力變化影響。兩者的年際變