风对热带太平洋海平面低频变化影响机制的数值模拟研究

The highest rates of regional sea level rise over the past two decades have occurred in the western tropical Pacific Ocean (WTPO), with values that are nearly three times the global average. Numerous studies have linked recent high sea level trend patterns in the WTPO to trade wind enhancement but with few quantitative analyses. In this program, a linear and a nonlinear 1.5-layer reduced-gravity models and a three-dimensional ocean circulation model-POP(Parallel Ocean Program) are used to capture the wind-driven interannual, decadal to multidecadal and long term sea level variability in the tropical Pacific Ocean (TPO), analyzing the contribution of surface wind stress field to the low-frequency sea level variability in the TPO，estimating the influence of Sverdrup balance, Rossby waves and Ekman pumping on the low-frequency sea level variation in the TPO , validating the ability of the 1.5-layer reduced-gravity models in depicting the wind-driven sea level variation in the TPO and revealing the mechanisms of wind forcing on the recent high sea level trend patterns in the WTPO.

近20年热带西太平洋海平面以3倍于全球平均速率持续快速上升引发高度关注，众多研究指出这一快速上升可能与近期热带太平洋信风的加强有关，但定量分析缺乏。本项目拟利用三维海洋环流数值模式POP（Parallel Ocean Program）、线性和非线性一层半约化重力模型分别模拟1950年以来热带太平洋风引起的海平面年际、年代际变化和长期趋势，通过模式结果与实测资料对比揭示风对热带太平洋海平面低频变化的贡献，利用不同模式结果的对比揭示Sverdrup平衡、Rossby波的传播和Ekman抽吸等机制在热带太平洋海平面低频变化中的重要性。在此基础上，评估两类简化模型对风引起的海平面低频变化的刻画能力，认识高度计观测以来风对热带西太平洋海平面快速上升的影响机制。

近20年热带西太平洋海平面以3倍于全球平均速率持续快速上升引发高度关注，众多研究指出该快速上升可能与近期热带太平洋信风的加强有关，但风场变化对热带太平洋海平面变化影响的定量分析缺乏，风场变化与温盐调整之间的关系尚不明确，同时自然气候变率对近20年热带太平洋海平面趋势的影响也需要分离。.为解决上述问题，项目利用卫星高度观测数据和多种不同来源的长时间序列的海表面高度数据（OFES、SODA、ORA-S3、ORAS4及GECCO2数据）以及多来源的风场数据（NCEP、SODA、ORAS3、JRA-55和ERA-Interim），系统分析了热带太平洋海平面年际、年代际变化和线性趋势特征及其与风场低频变化的相关关系，基于一层半约化重力模型定量研究风对热带太平洋海平面低频变化的影响。利用Argo和EN4温盐数据探讨了以温跃层为界的上层和下层海洋比容变化对热带太平洋海平面低频变化的影响及其与风场之间的关系。利用气候指数多元回归分析了热带太平洋海平面、比容海面和温盐结构在不同时间尺度上的变化，有效剔除了气候变率引起的长期趋势中的虚假成分。.研究发现热带太平洋海平面年际年代际时间尺度上有显著变化，前者表现为ENSO模态，后者表现为PDO模态，两种时间尺度的变化都与风场有很好的对应关系，都可以用赤道上海平面异常导致的压强梯度与风应力的平衡，赤道外海域风应力旋度和东边界导致的海平面异常信号西传来解释。风场变化主要通过影响温跃层起伏来调整海平面变化，温跃层以上的热比容效应是海平面低频变化的主要组成部分。.1960-2009年间热带太平洋海平面线性趋势明显受到年代际信号的影响， 1975年和1992年出现趋势位相转换，与PDO相位转换时间点一致。海平面线性趋势的时空分布与Ekman抽吸速度有很好的对应关系，但Rossby波的影响不能忽略； 1993-2009年热带太平洋海平面西升东降的趋势分布与信风加强有关，热带西太平洋海域在100-200m深度海水以较高速率增暖，而热带东太平洋变化较小。.通过不同海平面及风场数据集的比较，发现1993年以前不同数据差别较大，尤其是1975年以前。1993年以来的结果证实风场对热带太平洋海平面年代趋势的决定性作用以及温跃层以上的温度变化的主导作用，这对该海域未来海平面变化的预测具有重要的参考意义。