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众多研究证实,赤道中东太平洋厄尔尼诺(El Ni(n)o)事件时暖海表温度异常(SSTA)的强度和持续时间一般明显强于拉尼娜(La Ni(n)a)事件时的负SSTA,这就是通常所说的ENSO(El Ni(n)o-Southern Oscillation)不对称性。ENSO的不对称性不仅出现在表层,在次表层也很明显。深入研究ENSO的不对称性,有助于进一步理解ENSO动力学的本质;同时,由于ENSO冷暖位相特征不同,造成的气候影响也不同,所以研究ENSO不对称性对气候变化的预测也具有积极意义。海温异常不对称不仅存在于热带太平洋,而且也存在于印度洋和大西洋,进行不同洋盆之间的比较,对于理解海温不对称也非常重要。 海洋内部动力过程和外强迫都会引起海温异常的不对称性,但是以前的研究工作并没有区分这二者的具体贡献。本论文利用一个全球海洋环流模式,设计了对照试验和相应的敏感性试验,对照试验是由气候平均的风应力驱动;敏感性试验是在对照试验的基础上添加了年际变化的风应力距平。以此来研究热带海温异常不对称性的机理及其对气候平均态的可能影响,得到了一些有意义的结果。 在观测风应力强迫下,海洋模式可以很好地再现观测中ENSO的基本时空特征,特别是表层和次表层均存在的海温异常不对称性,研究表明非线性动力加热(NDH)可增强暖事件时期东太平洋的正海温异常而抑制了冷事件时期的负海温异常;ENSO活动会造成热带太平洋气候平均态的变化,例如减小了SST和赤道温跃层的纬向梯度,且这种平均态的变化在不同季节存在差异性;ENSO的整流效应(rectified effect)会使赤道东太平洋升温,其物理机制是,温度和流场异常对风应力距平的响应都是线性的而且显著相关,相应的非线性平流项在ENSO冷暖位相符号相同,因此可以对气候平均态产生影响。 赤道东西太平洋区域海温偏斜度即不对称性产生的物理机制有根本的不同。在赤道东太平洋贡献显著的非线性动力加热(NDH)对赤道西太平洋的负偏斜度贡献不大,赤道西太平洋的负海温不对称性起源于赤道外;关于赤道外海温异常的不对称性,通过数值试验发现,由于温跃层变浅所造成的赤道外冷中心位置也偏浅和由于温跃层变深所造成的赤道外暖中心位置也偏深,所以二者并不完全对称;通过Sverdrup输送,次表层赤道外的海温异常不对称会被传输到赤道上;因此ENSO的整流效应会使赤道西太平洋降温,热收支分析指出温度方程中的平均平流项对其贡献显著。 本文的数值试验还揭示热带三大洋次表层海温异常的不对称性应该更多地归咎于海洋内部过程,作为外强迫的风应力距平本身的不对称性对于次表层海温不对称性的贡献相对不重要。研究表明,NDH对于赤道东太平洋的升温、赤道东印度洋上层的降温以及赤道中大西洋的升温贡献显著。平均平流对赤道西太平洋的降温、赤道印度洋中层的升温以及赤道东大西洋的温度变化起作用。综合比较三个大洋的热带海区,发现热带大西洋海温的年际变化、海温不对称性及其对气候平均态的影响均相对太平洋和印度洋偏弱。 为评估模式分辨率对ENSO模拟能力的影响,本文还对比分析了LICOM高低分辨率两个版本的模拟结果。其中低分辨率版本水平分辨率1°×1°,热带地区经向分辨率加密为0.5°,垂直层数为30层;高分辨率版本水平分辨率为0.1°×0.1°,垂直层数为55层。通过热收支分析发现,ENSO反馈过程在涡分辨率模式中更为合理,主要原因是涡分辨率模式更好地模拟出对ENSO振幅贡献最大的温跃层反馈和Ekman反馈。