孟加拉湾障碍层的季节内变化及其对海气相互作用的影响研究

Due to the limitation of highly spatiotemporal resolution in situ temperature/salinity observations, the intraseasonal variability characteristics of the barrier layer, its control mechanisms and effects on the air-sea interaction are not systematically studied in the Bay of Bengal. Firstly, based on the regression analysis and ocean data assimilation method, this project will integrate in situ temperature/salinity and satellite observations to construct the grid temperature/salinity profile dataset with highly spatiotemporal resolution. Secondly, based on the above-reconstructed temperature/salinity profile dataset, a series of statistical methods are used to analyze intraseasonal variability characteristics of the barrier layer in the Bay of Bengal, and to further explore its physical association with the corresponding weather and climate mode. Thirdly, the ocean numerical model experiments combined with the dynamic diagnosis method are utilized to expound the control mechanisms on the intraseasonal variation of the barrier layer and to analyze the relative contribution of the oceanic dynamic and thermodynamic processes. Finally, an air-sea coupled model is adopted to quantitatively evaluate effects of the barrier layer on sea surface temperature and air-sea flux exchange, and to further understand the possible role of the barrier layer in monsoon activity in the Bay of Bengal. The research results not only help deepen the understanding of the barrier layer formation mechanism and local air-sea interaction process, but also improve the prediction ability of monsoon activity in the Bay of Bengal.

由于缺少高时空分辨率温盐现场观测资料，长期以来孟加拉湾障碍层的季节内变化特征、控制机制及其对海气相互作用的影响没有得到系统的研究。本项目拟收集、整合历史的常规温盐观测资料和卫星遥感观测资料，借助回归分析和数据同化方法构建网格化的、高时空分辨率的温盐剖面数据集，采用多种数理统计分析方法，研究孟加拉湾障碍层的季节内变化特征及其与相关天气和气候模态之间的物理关联；进而通过数值模拟试验并结合动力学诊断方法，分析大气季节内变化对障碍层季节内变化的调制机理，阐明障碍层对海面温度和海气界面通量交换的影响，探讨障碍层在孟加拉湾季风活动过程中可能的作用。研究成果不仅有助于深入理解孟加拉湾障碍层的形成机制和局地海气相互作用过程，同时将有利于改善对孟加拉湾季风活动的预报能力。

孟加拉湾具有多尺度的海气相互作用过程，是亚洲季风系统爆发和发展的关键区域，其季风异常与我国汛期气候异常关系十分密切。本项目基于历史的常规温盐观测资料和卫星遥感观测资料，采用统计和变分相结合的方法构建了网格化的、高时空分辨率的温盐剖面数据集，采用多种数理统计和动力学诊断方法，研究了孟加拉湾障碍层多尺度变化特征和变异机制，探讨了孟加拉湾障碍层对区域海气相互作用的影响。在本项目的资助下，在国内外主流期刊发表论文14篇，具体成果如下：.（1）提出了一种利用卫星海表数据构建海洋三维温盐场的新方法，该方法利用变分将垂向梯度约束引入到利用卫星观测海表数据反演三维温盐场中，构建了次表层结构更为合理的三维温盐场，基于该方法开发了基于卫星数据实时反演海洋三维温盐场系统，该系统目前已在多家科研和业务单位推广应用。（2）评估了与障碍层变异相关的海洋平流、开尔文波、罗斯贝波以及淡水通量等物理过程的相对贡献，澄清了孟加拉湾障碍层季节内变化、年代际变化特征和变异机制，研究成果加深了孟加拉湾障碍层多尺度变异机制的理解。（3）发现冬季障碍层能够促进次年印度夏季风的提前爆发并加强夏季季风降水，冬季异常厚的障碍层导致更多的暖水被限制在海洋次表层，当这些暖水被卷挟进入混合层内时，可抑制海洋表层温度的过度冷却现象，有助于维持孟加拉湾上空大气深对流过程的进行；发现孟加拉湾北部深厚的障碍层抑制了热带气旋引起的表层冷却，从而促进了热带气旋的强化，导致了孟加拉湾热带气旋快速强化事件的数量以及强化率在过去几十年间明显增加，研究成果对于改善印度洋季风预测和孟加拉湾热带气旋强度预测具有重要的意义。