赤道中印度洋经向海流与热量输运经向结构的季节变化及动力机制

【摘要】本文通过分析RAMA印度洋观测浮标系统在0°,80.5°E附近布放的锚系ADCP资料，处理2008年8月至2012年8月的数据，对多年平均状态下赤道中印度洋经向流结构及其气候态季节变化进行了分析。为了研究赤道上层经向环流特征，本文从涡度方程出发进行推导，建立了一个完整的理论框架解释方程物理意义以及经向海流与质量输运的动力学机制。该理论框架通过ROMS数值模拟实验进行了有力的证明。赤道中印度洋上层质量与热量输运在季节尺度上也在本文进行了探讨。根据数据分析得到结论，赤道上年平均状态的西风异常驱动了表层经向辐聚与次表层辐散的结构。这与太平洋大西洋SubtropicalCell(STC)结构在赤道部分的经向流方向刚好相反。表层北向流与次表层南向流构成的上层赤道翻转环流叠加在这个反向的STC结构上，将辐聚辐散的核心推动到北半球。前人的研究结论认为赤道两侧经向流都是由南向Ekman流主导。本文对年平均状态经向流的分析指出了该结论的不足之处。本文对经向流季节变化的研究中发现，北半球的夏季与冬季，风应力旋度引起的南向与北向的Sverdrup输运占主导，与上100米层经向输运几乎相等。但春季和秋季季风转换季节，经向流表现出完全不同的经向结构。4月份与10月份，80.5°E经向断面上经向流与年平均状态下类似，呈现反向的STC结构。5-6月与11月份，上100米层一致的经向辐散现象迅速占据主导。决定年平均状态的相位是春秋季节经向流的辐聚辐散现象，而并不是前人结论中提到的夏季季风带来的南向Sverdrup输运。对涡度方程推导后物理意义的解释，完善了上层赤道海洋经向海流与质量输运的动力学机制。赤道中印度洋经向海流与质量输运是由流体柱垂向拉伸或压缩带来的涡度通量变化和局地风应力旋度带来的位势涡度输入共同驱动而产生的。其中，驱动涡度通量变化的直接原因是关于赤道对称的纬向风应力与纬向压强梯度力之差所带来的海表面高度（SSH）随时间的变化以及流体柱底的垂向流速。海水必须通过南北向移动改变行星涡度来维持涡度通量的守恒。流体柱垂向拉伸或压缩驱动的经向流，与根据纬向动量方程中科氏力、关于赤道对称的纬向风应力和纬向压强梯度力三者的平衡关系计算得到的经向流在形式上完全一致。由此理论框架出发，5-6月SSH的升高与11-12月SSH的降低，很好的解释了上层经向质量输运与Sverdrup输运之差，从而解释了赤道中印度洋上层经向质量输运的机制。长时间平均过程中，方向相反的冬夏季风引起反向的Sverdrup输运很大程度上相互抵消，因此春秋季节的经向流状态决定了平均状态。北半球春秋季节，与太平洋和大西洋相反的STC结构可以解释为4月份与10月份的西风爆发，而上层一致的辐散可以解释为西风消退阶段西向强压强梯度力带来的结果。上层赤道翻转流结构叠加在辐聚辐散现象上，带来了半球间不对称的现象。在赤道上层海洋经向海流与质量输运动力学机制的基础上，对2009,2010和2011年三年经向海流随时间的变化进行分析，初步研究了ENSO与IOD事件对赤道中印度洋上层经向环流的影响。研究结果发现，ElNino发生所带来的赤道中印度洋北半球冬季的东风异常与IOD发生所带来的北半球秋季的东风异常给经向海流带来了截然不同的影响。ElNino加强了11月份上层的辐散，而IOD事件几乎完全抹去了11月份经向流辐散现象。对于异常海气相互作用现象对赤道中印度洋上层经向流的影响还有待于进一步研究。赤道经向质量输运与热量输运的变化机制也通过同样的理论框架进行了解释：北半球夏季与冬季相反的风场引起相反的Sverdrup输运与热量输运。7-9月质量与热量输运向南而12-3月向北。北半球春季与秋季显著的辐散现象使得2.0°N质量与热量输运在年平均状态下方向向北，与前人的研究大不相同。对整个热带印度洋纬向积分的跨2.5°S的经向热量输运在研究中进行了估算，大小为-0.81PW至-1.48PW之间。经向热量输运沿经向的正梯度说明，在平均状态下经向水平热通量有使赤道海域热含量不断流失的趋势。本研究的研究结果发现许多新的现象，并成功予以动力学机制上的解释。很大程度上发展了赤道印度洋上层环流动力学，加深了对赤道经向热量输运的认识。为将来印度洋海水质量空间分布，半球间热量交换等研究打下了很好的基础。
【作者】王毅；
【导师】兰健；
【作者基本信息】中国海洋大学，物理海洋学，2014，博士
【关键词】经向海流；经向质量输运；热量输运；赤道中印度洋；

【参考文献】
[1]潘立,柴国钟,彭旭东.研究生培养基地建设特征、体制和策略研究[J].浙江工业大学学报(社会科学版),2012,01:51-56.
[2]井国庆,王子杰,林建.基于力学平衡原理飞砟机理与防治研究[J].铁道科学与工程学报,2014,06:96-101.
[3]杜江,刘渝.农业经济增长因素分析:物质资本,人力资本,还是对外贸易?[J].南开经济研究,2010,03:73-89.
[4]徐田田.无线多媒体传感器网络MAC协议研究[D].西安电子科技大学,电路与系统,2013,硕士.
[5]王海峰,丁杰,徐伟.数字化变电站中双网控制策略[J].电力系统自动化,2009,08:48-50+67.
[6]莫日根.改革开放以来内蒙古东部乡村社会经济结构变迁历史研究[D].内蒙古师范大学,中国少数民族史,2012,硕士.
[7]王成山,魏海洋,肖峻,谢莹华,王凯军.变电站选址定容两阶段优化规划方法[J].电力系统自动化,2005,04:62-66.
[8]严东琴.育龄期妇女月经紊乱与卵巢储备功能的关系探讨[D].南方医科大学,妇产科学,2012,硕士.
[9]袁利.宫颈鳞癌及CIN中FOXP3的表达与高危型HPV感染的关系及意义[D].遵义医学院,妇产科学,2013,硕士.
[10]于飞.优秀男子铅球运动员冯杰最后用力动作的生物力学分析[D].西安体育学院,体育教育训练学,2013,硕士.
[11]赵桂英.头针结合电针治疗腰椎间盘突出症的临床研究[D].广州中医药大学,针灸推拿学,2014,博士.
[12]穆杰.一种新颖的分簇同构无线传感器网络密钥管理方案[D].西安电子科技大学,计算机系统结构,2011,硕士.
[13]吕天甲.行政执法中公民监督问题研究[D].郑州大学,行政管理,2013,硕士.
[14]徐宇婷.基于排序主题模型的自动文摘及评价系统[D].大连海事大学,计算机技术,2014,硕士.
[15]阎登勋.带泊松跳的随机时滞发展方程的适定性、稳定性、整体吸引集和可控性[D].南京师范大学,应用数学,2014,博士.
[16]魏然.中国上市商业银行资本充足率与银行效率的实证研究[D].武汉理工大学,金融学,2012,硕士.
[17]何秉哲.箱梁零号块浇筑温度场及温度应力分析研究[D].长安大学,桥梁与隧道工程,2013,硕士.
[18]吴彬.长客股份泰国BTS车辆项目沟通管理研究[D].吉林大学,项目管理,2014,硕士.
[19]徐云.子宫内膜癌孕激素受体亚型的初步研究[D].苏州大学,妇科学,2003,硕士.
[20]陈明利.企业安全文化与安全管理效能关系研究[D].北京交通大学,2012.
[21]李广森.基于工作流和内容管理的个贷审批系统的设计与实现[D].西安电子科技大学,计算机技术,2011,硕士.
[22]李绍军,王惠,钱锋.基于模式优选思想改进的粒子群优化算法[J].控制与决策,2006,10:1193-1196.
[23]陈新中,李岩,谢永红,杨炳儒.Web挖掘研究[J].计算机工程与应用,2002,13:42-44.
[24]邵军,陈高,胡华,祝向东,许璟,王林,王真,胡强.动脉瘤性蛛网膜下腔出血患者腰大池引流减少脑积水发生影响因素分析[J].浙江大学学报(医学版),2014,01:71-76.
[25]赵瑞珍,刘晓宇,LIChingChung,SCLABASSIRobertJ,孙民贵.基于稀疏表示的小波去噪[J].中国科学:信息科学,2010,01:33-40.
[26]马明晖.纪录片：时代的“第三只眼睛”[D].广西民族大学,文艺学,2013,硕士.
[27]凌杰.Lewis酸性离子液体的性质及其催化合成DOTP的小试实验研究[D].华侨大学,应用化学,2014,硕士.
[28]卓维宁.从《银河铁道之夜》看宫泽贤治的孤独意识[D].吉林大学,日语语言文学,2014,硕士.
[29]林松明.肝内胆管细胞癌的外科治疗及预后分析[D].福建医科大学,外科学,2014,硕士.
[30]ReginaB.SesaY（陈羽涵）.使用GARCH-EVT和藤式Copula进行极端值依赖性建模和在险价值估计[D].西南财经大学,统计学,2014,博士.
[31]解利艳.肾着汤颗粒的制备工艺、质量标准研究及长期毒性研究[D].湖北中医药大学,中药学,2013,硕士.
[32]王佳乐.资源型企业并购与产业结构优化研究[D].内蒙古大学,会计,2014,硕士.
[33]高晟.黑色幽默的镜像表达与文化分析[D].华中师范大学,影视文学,2013,硕士.
[34]冯卫东.聘任制背景下高校教师工作不安全感与敬业度和工作绩效关系研究[D].西南财经大学,劳动经济学,2014,博士.
[35]夏玮.民航事故分析决策支持系统的研究与实现[D].辽宁工程技术大学,管理科学与工程,2004,硕士.
[36]柳青.基于氮掺杂石墨烯的氧还原电催化剂研究[D].武汉大学,2014.
[37]娜依玛·巴亚西.大肠上皮细胞癌变过程中相关microRNA的靶基因筛选验证及miR-424的机制研究[D].复旦大学,病理学,2013,博士.
[38]李含.中国重型血友病A临床表现异质性及其影响因素研究[D].南方医科大学,内科学,2012,硕士.
[39]刘宗正.绵羊间充质干细胞系的建立及用作体细胞克隆供体的研究[D].内蒙古农业大学,动物发育生物学与生物技术,2014,博士.
[40]李德龙.基于山区道路的危险品运输路径决策及运输管理研究[D].长安大学,载运工具运用工程,2014,硕士.
[41]郭明艳.农产品物流园区内部功能区布局研究[D].南京农业大学,物流工程,2013,硕士.
[42]温春宇.乳化纳米铁降解硝基苯污染地下水的研究[D].吉林大学,环境工程,2014,硕士.
[43]盛晨.摄影作品的知识产权权利冲突问题研究[D].华中科技大学,法律,2013,硕士.
[44]刘晓文.大重集团减速机厂经营模式研究与软件系统实现[D].大连理工大学,2005.
[45]武绍妃.探究理念下高中物理演示实验课堂教学研究[D].西南大学,课程与教学论,2013,硕士.
[46]廖素环.广西流行猪瘟病毒E_2基因序列测定及分析[D].广西大学,预防兽医学,2003,硕士.
[47]顾锦华.泊洛沙姆188对脑缺血再灌注损伤的保护作用及其机制研究[D].苏州大学,药理学,2013,博士.
[48]王丽丽.超级稻与常规稻CH_4排放特征及其植株特性的比较分析[D].南京农业大学,作物栽培学与耕作学,2013,硕士.
[49]史雅洁.“食”与儒家精神[D].海南大学,中国哲学,2014,硕士.
[50]秦黎.环境会计在煤炭企业的应用与研究[D].山西财经大学,会计学,2014,硕士.