海洋和大气以各种方式相互作用,湍流热通量交换是海洋-大气相互作用过程之一。一方面,上层海洋可以通过调节海洋空气湿度和温差向大气提供热量。另一方面,大气可以通过风等引起湍流热通量来改变上层海洋的热条件。在大气强迫和海洋强迫情况下,湍流表面热通量(SHF)-海温(SST)和SHF-SST趋势相关性存在显著差异。在海洋强迫的情况下,SHF(正值表示向上)与SST之间存在正相关关系,表明较暖的海水通过向上的SHF加热上层覆盖的大气。在大气强迫的情况下,SHF与SST趋势呈负相关,表明向上的SHF使SST降低。以往的研究揭示了SST与SHF的空间变化关系和时间尺度依赖性。在西边界流和南极绕极流区域,SHF-SST存在较大的正相关,并且海洋的影响随时间尺度增大而增大。在大洋中部环流区,SHF-SST趋势呈明显的负相关。

以往研究主要使用月资料对副热带全年数据进行分析,忽略了月尺度以下变率以及季节变化。近期,中国科学院大气物理研究所在研究中使用高分辨率日观测资料探究中纬度以及热带北印度洋-西北太平洋地区冬季和夏季SHF与SST变化关系的时间和空间尺度依赖性,对认识海洋和大气之间的相互作用有重要意义。

SST和SHF相关在冬季和夏季之间存在显著差异,并且在两个季节具有显著的时间尺度依赖性。在中纬度海温锋面区,冬季SST对SHF的驱动作用大于夏季(图1);在副热带环流区,夏季SHF对SST变化的影响大于冬季。冬季SHF对南海SST变化的影响大于阿拉伯海和孟加拉湾。夏季,阿拉伯海SST对SHF的影响占优势,而菲律宾海SHF对SST的影响占优势。在墨西哥湾流、黑潮延伸和阿古拉斯回流中,冬季SST影响延伸至90天时间尺度,夏季SST影响主要局限于20天以下的时间尺度,而在20天以上的时间尺度上SST影响占主导地位。冬季,孟加拉湾、南海和菲律宾海的SHF强迫延伸至90天时间尺度,而阿拉伯海的SHF强迫局限于40天以下的时间尺度。夏季,阿拉伯海SST强迫延伸至90天时间尺度,而菲律宾海的SHF和SST影响在40天以上时间尺度上均较大(如表所示)。

相关研究成果近期发表在Climate Dynamics上。

冬季(北半球/南半球的NDJFM/MJJAS)(左图)和夏季(北半球/南半球的MJJAS/NDJFM)(右图)的SHF-SST(蓝色实曲线)和SHF-SST趋势(绿色实曲线)的超前滞后相关性。(a)-(b)位于墨西哥湾流内,(c)-(d)位于黑潮延伸区内,(e)-(f)位于阿古拉斯回流中。虚线表示误差范围的上限和下限。X轴表示SST/SST趋势的超前(左)和滞后(右)时间,以天为单位。Y轴表示相关系数。

不同区域SST和SHF关系的季节变化和时间尺度依赖性

来源:中国科学院大气物理研究所

来源:中科院之声

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