论文部分内容阅读
海平面的时空变化反映了气候系统的自然和人为变化，对全球沿海地区人民的生产生活有着深远的影响。本文利用LICOM低分辨率和高分辨率模式对动力海平面(DSL)的时空变化进行了系统和全面的分析，主要从海平面的全球、区域变化特征和变率三个方面展开。
首先，低分辨率LICOM3模式的评估结果表明LICOM3模式可以基本再现观测的全球平均热比容海平面(TSSL)和DSL变化特征。全球平均比容海平面(SSL)的大部分变化是由上层0-700m的TSSL变化主导的，模式低估了观测的全球平均TSSL上升趋势。LICOM3能够模拟出大部分区域的DSL空间分布特征，模式与观测的偏差主要集中在热带东太平洋、西边界流和南极绕极流(ACC)区域。西边界流和ACC区域的偏差主要与模式分辨率有关，低分辨率模式无法刻画高纬中尺度涡旋活跃区域的DSL变化。模式模拟的热带东太平洋负趋势过强主要是由CORE-Ⅱ强迫场存在的趋势误差导致的。DSL的变化主要是由SSL的变化导致的，TSSL的变化决定着全球大部分区域SSL的变化。在大西洋，盐比容海平面(HSSL)的贡献与TSSL量级相当且相互补偿。除了北大西洋和南大洋外，上层0-700m的TSSL变化可大致反应整层的TSSL变化，与全球变化特征的分析结果相一致。
其次，利用1958-2007年低分辨率LICOM3模式数据研究了DSL的年际、年代际和趋势变率，DSL不同时间段的分析结果表明LICOM3模式可以模拟出和卫星高度计时期年际、年代际和趋势变率，至少需要50年的数据才能分离年代际和长期趋势变率，年代际变率对热带西太平洋DSL的长期趋势变化并无显著影响。DSL及其分量的年际、年代际和长期趋势变率的分析结果表明DSL的年际，年代际和长期趋势变率主要是由TSSL主导的，HSSL在副热带太平洋和大西洋的年代际和长期趋势变率上有所贡献，TSSL和HSSL的变率是由上层0-700米的变率决定的，上层海洋内部的大尺度平均平流和涡致输送共同决定了海洋三维温度和盐度的变率，进而决定了TSSL和HSSL的变率。
接着，利用低分辨率LICOM2-L和高分辨率LICOM2-H模式分析了模式分辨率对DSL变化模拟的影响。模式分辨率对动力海平面变化模拟的影响主要集中在西边界流和ACC等中尺度涡活跃的区域。对于全球变化特征，LICOM2-H相对于LICOM2-L的全球SSL变化幅度更大，两者的差别主要位于深海区域;对于区域变化特征，LICOM2-L和LICOM2-H都能模拟出和观测一致的DSL平均态和线性趋势的空间分布，但LICOM2-H纬向平均的量值更接近观测，特别在高纬区域，LICOM2-H能够刻画出西边界流和ACC区域的中尺度特征;对于海平面变率，LICOM2-L和LICOM2-H在热带和中纬度的年际、年代际和长期趋势的空间分布基本是一致的，两者差别同样集中于西边界流和ACC区域，LICOM2-H相比LICOM2-L反映出了更多的变率信号。DSL的分解结果表明LICOM2-L和LICOM2-H变率差异的空间分布主要是由SSL决定的，TSSL和HSSL共同导致了大部分区域的DSL变率差异，而南大洋的DSL变率差异主要是由TSSL导致的。上层海洋0-700m的变率差异决定了大部分区域的整层海洋TSSL和HSSL年际和年代际变率的差异，而深层海洋对北大西洋长期趋势变率差异的贡献不可忽略。海洋热含量(OHC)收支方程的分析结果表明OHC的年际、年代际和长期趋势变率决定着TSSL的年际、年代际和长期趋势变率，高低分辨率模式的变率差异主要体现在年代际和长期趋势变率上，大尺度平均平流和涡致输送都对变率的差异有所贡献。
最后，利用气候模式FGOALS-g3的通量异常强迫模式比较计划(FAFMIP)结果分析了热通量、淡水通量和动量通量扰动对DSL变化模拟的影响。对于全球变化特征，热通量扰动主导着FAFMIP试验全球平均海表面温度、全球体积平均温度、全球积分OHC、DSL空间标准差和大西洋经圈翻转环流最大值的变化，淡水通量扰动主导着全球平均海表面盐度和全球体积平均盐度的变化，动量通量扰动的贡献可忽略不计;对于区域变化特征，热通量扰动主导着FAFMIP试验DSL及其分量和OHC的空间分布变化，北大西洋DSL的经向偶极子结构主要是由热通量扰动导致的，动量通量扰动和热通量扰动一起决定了南大洋DSL的经向梯度变化，北极DSL的变化主要由淡水通量扰动引起的。对于海平面变率，动量通量、淡水通量和热通量扰动都对FAMFIP试验DSL的年际变率有所贡献。在年代际变率上，动量通量、淡水通量和热通量在不同区域的贡献不同。热通量扰动决定了DSL长期趋势的空间分布，动量通量和淡水通量的贡献相对较小。
首先，低分辨率LICOM3模式的评估结果表明LICOM3模式可以基本再现观测的全球平均热比容海平面(TSSL)和DSL变化特征。全球平均比容海平面(SSL)的大部分变化是由上层0-700m的TSSL变化主导的，模式低估了观测的全球平均TSSL上升趋势。LICOM3能够模拟出大部分区域的DSL空间分布特征，模式与观测的偏差主要集中在热带东太平洋、西边界流和南极绕极流(ACC)区域。西边界流和ACC区域的偏差主要与模式分辨率有关，低分辨率模式无法刻画高纬中尺度涡旋活跃区域的DSL变化。模式模拟的热带东太平洋负趋势过强主要是由CORE-Ⅱ强迫场存在的趋势误差导致的。DSL的变化主要是由SSL的变化导致的，TSSL的变化决定着全球大部分区域SSL的变化。在大西洋，盐比容海平面(HSSL)的贡献与TSSL量级相当且相互补偿。除了北大西洋和南大洋外，上层0-700m的TSSL变化可大致反应整层的TSSL变化，与全球变化特征的分析结果相一致。
其次，利用1958-2007年低分辨率LICOM3模式数据研究了DSL的年际、年代际和趋势变率，DSL不同时间段的分析结果表明LICOM3模式可以模拟出和卫星高度计时期年际、年代际和趋势变率，至少需要50年的数据才能分离年代际和长期趋势变率，年代际变率对热带西太平洋DSL的长期趋势变化并无显著影响。DSL及其分量的年际、年代际和长期趋势变率的分析结果表明DSL的年际，年代际和长期趋势变率主要是由TSSL主导的，HSSL在副热带太平洋和大西洋的年代际和长期趋势变率上有所贡献，TSSL和HSSL的变率是由上层0-700米的变率决定的，上层海洋内部的大尺度平均平流和涡致输送共同决定了海洋三维温度和盐度的变率，进而决定了TSSL和HSSL的变率。
接着，利用低分辨率LICOM2-L和高分辨率LICOM2-H模式分析了模式分辨率对DSL变化模拟的影响。模式分辨率对动力海平面变化模拟的影响主要集中在西边界流和ACC等中尺度涡活跃的区域。对于全球变化特征，LICOM2-H相对于LICOM2-L的全球SSL变化幅度更大，两者的差别主要位于深海区域;对于区域变化特征，LICOM2-L和LICOM2-H都能模拟出和观测一致的DSL平均态和线性趋势的空间分布，但LICOM2-H纬向平均的量值更接近观测，特别在高纬区域，LICOM2-H能够刻画出西边界流和ACC区域的中尺度特征;对于海平面变率，LICOM2-L和LICOM2-H在热带和中纬度的年际、年代际和长期趋势的空间分布基本是一致的，两者差别同样集中于西边界流和ACC区域，LICOM2-H相比LICOM2-L反映出了更多的变率信号。DSL的分解结果表明LICOM2-L和LICOM2-H变率差异的空间分布主要是由SSL决定的，TSSL和HSSL共同导致了大部分区域的DSL变率差异，而南大洋的DSL变率差异主要是由TSSL导致的。上层海洋0-700m的变率差异决定了大部分区域的整层海洋TSSL和HSSL年际和年代际变率的差异，而深层海洋对北大西洋长期趋势变率差异的贡献不可忽略。海洋热含量(OHC)收支方程的分析结果表明OHC的年际、年代际和长期趋势变率决定着TSSL的年际、年代际和长期趋势变率，高低分辨率模式的变率差异主要体现在年代际和长期趋势变率上，大尺度平均平流和涡致输送都对变率的差异有所贡献。
最后，利用气候模式FGOALS-g3的通量异常强迫模式比较计划(FAFMIP)结果分析了热通量、淡水通量和动量通量扰动对DSL变化模拟的影响。对于全球变化特征，热通量扰动主导着FAFMIP试验全球平均海表面温度、全球体积平均温度、全球积分OHC、DSL空间标准差和大西洋经圈翻转环流最大值的变化，淡水通量扰动主导着全球平均海表面盐度和全球体积平均盐度的变化，动量通量扰动的贡献可忽略不计;对于区域变化特征，热通量扰动主导着FAFMIP试验DSL及其分量和OHC的空间分布变化，北大西洋DSL的经向偶极子结构主要是由热通量扰动导致的，动量通量扰动和热通量扰动一起决定了南大洋DSL的经向梯度变化，北极DSL的变化主要由淡水通量扰动引起的。对于海平面变率，动量通量、淡水通量和热通量扰动都对FAMFIP试验DSL的年际变率有所贡献。在年代际变率上，动量通量、淡水通量和热通量在不同区域的贡献不同。热通量扰动决定了DSL长期趋势的空间分布，动量通量和淡水通量的贡献相对较小。