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1、由于海洋在上墊面加熱和冷卻,因此雖然海洋在上表面吸收很多熱量,但并不能把這些熱量有效的轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。為了維持準(zhǔn)平衡態(tài)的大洋環(huán)流,需要外來機(jī)械能源來平衡摩擦和耗散所損失的能量。風(fēng)和潮汐是最主要的機(jī)械能源。但到目前為止仍有一些機(jī)械能源不清楚,如熱帶氣旋。熱帶氣旋是中低緯度大氣系統(tǒng)中很重要的成分,由于我們通常所用的風(fēng)應(yīng)力資料(如NCEP/NCAR)分辨率比較低,像熱帶氣旋這種強(qiáng)烈的非線性事件都被平滑掉了,因此前面提到的風(fēng)輸入到海洋中的能量中并
2、不包含熱帶氣旋的貢獻(xiàn)。 考慮到熱帶氣旋與海洋之間的相互作用,利用一個(gè)臺(tái)風(fēng)-海洋耦合模式,本文研究了熱帶氣旋在海洋能量平衡和水團(tuán)平衡中的作用。本文采用的耦合模式由兩個(gè)各自測(cè)試、獨(dú)立發(fā)展的模式組成:三層的海洋約化重力模式和軸對(duì)稱的臺(tái)風(fēng)模型。本文計(jì)算了1984至2005年間約1600個(gè)熱帶氣旋輸入到海洋中的能量(包括輸入到浪的能量,輸入到表面流特別是近慣性流中的能量)。另外,用一個(gè)簡(jiǎn)單的平底模型估計(jì)了熱帶氣旋導(dǎo)致的海洋上層重力位能增加
3、,同時(shí),也計(jì)算了全球大洋中由熱帶氣旋導(dǎo)致的混合層加深和混合。 本文的研究結(jié)果表明,當(dāng)熱帶氣旋過境時(shí),大量的機(jī)械能被輸入到海洋中。1984至2005年熱帶氣旋輸入到海洋中的年平均能量為:輸入到浪1.70TW:表面流0.10TW,其中近慣性頻率段0.03TW;導(dǎo)致的重力位能增加為0.05TW。雖然這部分能量遠(yuǎn)小于平均態(tài)風(fēng)場(chǎng)輸入的能量,但由于這部分能量主要集中在低中緯度,特別是西北太平洋和北大西洋,可能對(duì)維持大洋環(huán)流有非常重要的貢獻(xiàn)。
4、 熱帶氣旋是大氣系統(tǒng)中變化最劇烈的成分,在過去的幾十年由于全球增暖現(xiàn)象,熱帶氣旋的活動(dòng)亦增強(qiáng),因此熱帶氣旋輸入到海洋中的能量也發(fā)生了很大的年際到年代際時(shí)間尺度的變化,總體上存在增大的趨勢(shì)。從1984至2005年,熱帶氣旋輸入到海洋中的能量增加了19%。熱帶氣旋輸入到海洋中能量的變化主要與熱帶氣旋的強(qiáng)度有關(guān),用PDI(Power Dissipation Index)表征熱帶氣旋的強(qiáng)度指數(shù),二者的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.93,也就是說熱帶氣
5、旋輸入到海洋中的能量與PDI的變化趨勢(shì)基本一致。另外,熱帶氣旋輸入到海洋中能量的變化與每年熱帶氣旋的個(gè)數(shù)也有一定的關(guān)系,但二者的相關(guān)系數(shù)僅為0.33。在低中緯度,熱帶氣旋輸入到海洋中的機(jī)械能可以有效地增加混合層的深度。最新的研究結(jié)果表明,低中緯度混合層的加深能有效地增強(qiáng)經(jīng)向壓強(qiáng)梯度,進(jìn)而增強(qiáng)子午環(huán)流和向極熱通量,同時(shí)使得維持次表層的跨密度面混合所需要的能量減小。1984至2005年熱帶氣旋引起的混合層加深的體積通量為39Sv,其中在北太
6、平洋有22.4Sv。Qiu and Huang(1995)估計(jì)的北太平洋的subduction rate為35.2Sv,obduction rate為7.8Sv。熱帶氣旋導(dǎo)致的混合層加深的體積通量大于通過subduction形成水團(tuán)的50%,且遠(yuǎn)大于obduction,他們的結(jié)果顯示obduction主要發(fā)生在30°N以北地區(qū),而熱帶氣旋導(dǎo)致的混合層加深則主要集中在10°N~30°N。該結(jié)果顯示,熱帶氣旋在區(qū)域海甚至全球海洋的水團(tuán)平衡中
7、有非常重要的作用,在討論水團(tuán)平衡時(shí)必須考慮熱帶氣旋的貢獻(xiàn)。 熱帶氣旋輸入到海洋中的能量可以輸送到大洋內(nèi)部很深的地方,因此熱帶氣旋在很大程度上增強(qiáng)了海洋中的局地混合。本文的結(jié)果表明,熱帶氣旋引起了強(qiáng)烈的垂直混合?;旌下实拇笮?1-8)×10-4m2/s,其最大值(8.6×10-4m2/s)出現(xiàn)在西北太平洋。由于熱帶氣旋引起的混合是高度瞬變的,且發(fā)生在強(qiáng)層結(jié)處的低中緯度,因此熱帶氣旋輸入到海洋中機(jī)械能對(duì)大洋環(huán)流有非常重要的貢獻(xiàn),能
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