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热带东印度洋海表温度日变化的季节内和季节调整过程研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 相关研究综述

1.2.1 海表面的垂直热力结构及SST的定义分类

1.2.2 SST日变化过程的定点观测

1.2.3 SST日变化过程的卫星观测

1.2.4 SST数值模式中日变化过程的发展

1.3 本文拟解决的科学问题和内容安排

第二章 数据及模式介绍

2.1 数据

2.2 模式介绍

2.2.1 一维海洋混合层模式

2.2.2 海气耦合模式介绍

第三章 热带东印度洋SST日变化的季节性特征及其控制机制研究

3.1 引言

3.2 热带东印度洋SST日变化的季节变化特征描述

3.3 模式实验设计介绍

3.4 孟加拉湾DSST季节变化模拟分析

3.5 南半球12°S DSST季节变化模拟分析

3.6 本章结论与讨论

第四章 热带东印度洋SST日变化的季节内特征及其控制机制研究

4.1 引言

4.2 分析方法与数值实验方案介绍

4.2.1 分析方法

4.2.2 数值实验方案介绍

4.3 实验结果分析

4.3.1 MJO对流活跃位相与抑制位相的对比分析

4.3.2 MJO对流增强位相与减弱位相的对比分析

4.4 本章总结与讨论

第五章 耦合模式中SST日变化的模拟及误差原因初步分析

5.1 引言

5.2 实验介绍

5.3 CP2H与CP1D实验结果对比

5.4 POEM中DSST的评估及误差分析

5.4.1 浮标站位(12°N,90°E)结果分析

5.4.2 浮标站位(12°S,80.5°E)结果分析

5.5 本章总结与讨论

第六章 全文总结与展望

6.1 本文主要结论

6.2 本文主要创新点

6.3 存在的问题及展望

参考文献

附录

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摘要

海表面是海洋与大气的交界面,海表面温度(Sea Surface Temperature,简称SST)在调节海气相互作用过程中起着至关重要的作用。日变化、季节变化是海洋-大气系统在太阳外强迫下固有的周期,相对季节变化而言日变化了解很不深入,而近年来大量观测研究揭示了海洋中存在着复杂的SST日变化过程(diumal cycleof SST,简称DSST),该过程通过尺度耦合可能影响季节内和季节尺度的天气、气候过程。特别是,在探索季节内尺度的可预报性问题中日变化过程得到高度重视,因此,研究控制SST日变化的物理机制对深入理解海气相互作用意义重大。
  本文利用Research Moored Array for African-Asian-Australian MonsoonAnalysis and Prediction(RAMA)系统提供的最新观测资料详细分析了热带东印度洋不同代表性海域DSST季节、季节内尺度的变化特征,以一维海洋混合层模式、海气耦合模式为工具定量地诊断了季节循环、大气季节内振荡(Madden-JulianOscillation,简称MJO)调制DSST的控制过程。得到以下主要结论:
  (1)热带东印度洋DSST季节性变化在赤道以外的热带海洋显著强于赤道附近。孟加拉湾中部海域DSST具有独特的季节性:DSST幅度在夏季风爆发之前达到全年最大值,在季节变化上具有典型的双峰结构,即在季风转换期DSST幅度大,而在冬、夏季风期DSST幅度小。诊断研究发现,海面风应力和短波辐射的季节变化是上述特征的主要控制过程。与之不同,在赤道以南热带海域(12°S),DSST幅度则呈现正常的单峰式季节变化,风应力是造成南半球夏季DSST达到全年最大值的主要原因。季风期降水强度的差异是造成12°N和12°S海表面短波辐射通量季节性变化差异的主要原因。热带东印度洋上特殊的季风转换形式,使海表面风应力在热带印度洋赤道两侧出现了完全不同的季节演变模式。
  (2)冬季,赤道东印度洋DSST受MJO的影响显著:在对流活跃(抑制)阶段SST日变化幅度最小(大),敏感性实验诊断发现,主要是受到海面短波辐射(约40%)和风应力(约38%)季节内变化的调制。在MJO空间扰动结构与背景环流相互作用下,纬向风应力在MJO对流增强与对流减弱阶段产生不对称性,这种不对称性造成DSST幅度在上述两个位相的差异。
  (3)海气耦合模式中DSST偏弱,模拟的孟加拉湾中部DSST幅度只有观测的30%左右。通过敏感性实验发现,在孟加拉湾内模拟的海表通量与观测数据的一致性较好,DSST偏弱的主要原因可归结为海洋上层的垂直分辨率不够,无法准确模拟强的层化结构。在赤道以南热带印度洋,DSST偏弱的原因首先是海表通量的显著模拟误差,海洋上层的垂直分辨率不够也是DSST较弱的原因。

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