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海气相互作用

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1979年,我国国家海洋局“实践号”和“向阳红9号”科学考察船同时参加了“第一次全球大气考察(FGGE)”对热带西太平洋海气相互作用进行了综合性观测。1985~1990年“向阳红14号”和“向阳红5号”科学考察船先后进行了8个航次的热带海洋和全球大气 (TOGA) 远洋综合考察,最远达170°W。共完成了848个电导率、温度、深度和溶解氧(CTD/O2)深水站次探测,最深达5682 m; 649个生物化学站次探测;5787海里的多普勒声学海流剖面的走航观测 (ADCP); 布放并回收了14个5000 m水深的大洋锚碇浮标观测系统; 进行了海气边界层、海面气象、长波和短波辐射的观测,并采集了大量的气溶胶和二氧化碳样品和数据。中国科学院 “科学1号” 和 “实验3号”也进行了 “西太平洋海域海气相互作用和年际气候变化” 的多次考察。1992~1993年,“向阳红5号”、“科学1号”和“实验3号”三艘科学考察船参加了在热带西太平洋暖池中心区的海洋与大气耦合响应试验 (COARE)的强化观测期(IOP)多船同步观测。上述这些工作不仅揭开了我国远洋科学考察史上崭新的一页,而且也为海气相互作用基础研究提供了丰富的资料。其中第一次全球大气考察 (FGGE)、TOGA、TOGA-COARE资料已经纳入了国际海气相互作用的数据库,成为人类研究全球气候变化的宝贵财富。

我国在海气相互作用研究方面,讨论了与厄尔尼诺有关的热带西太平洋异常变化和海气相互作用的物理过程,从而对海洋和大气的耦合机制有了新的认识。1977年,我国科学家提出了大气运动向海洋适应的理论,并建立了一个只包含海洋慢过程的海气耦合距平模式,对月、季长期预报 (平均值) 有一定的预报能力。此外,研究结果还表明:

①热带西太平洋在厄尔尼诺和拉尼娜期间是一种与热带东太平洋相反的变化。厄尔尼诺期间,东太平洋增温,西太平洋上层热量减少,温跃层抬升、下层冷水涌升: 拉尼娜期间,东太平洋降温,西太平洋上层热量增加,温跃层下降、上层暖水耦合下沉。

②热带西太平洋的海流在厄尔尼诺期间有明显的异常变化; 随着赤道东风的减弱或西风暴发,表层西向的南赤道流变成强劲的东向流; 表层之下的东向赤道潜流减弱或反向西流; 东向的南北赤道逆流加强; 海洋的这些变化是暖池水东移的主要动力原因。

③在热带西太平洋逆流槽附近,次表层(50~300m) 的热含量对厄尔尼诺的响应十分敏感。这是研究厄尔尼诺发生、发展和消衰的重要信息源。

④热带西太平洋气溶胶的浓度随离岸距离的增大而减少,但是其中地壳元素的质量粒径分布呈均匀状态,即大颗粒气溶胶的相对含量并不随离岸距离增大而减小。

⑤热带西太平洋是大气二氧化碳的弱源; 平均说来海气间二氧化碳分压差(△Pco2) 的年平均值在6.0796MPa (60微大气压) 以下; 表层海水中溶解的总二氧化碳浓度与海面气压场、风场和海洋流场的分布和变化密切相关; 它不受局部地区降水的影响; 从而是涡旋、上升流和下沉流比较稳定的示踪物。

⑥热带西太平洋的西部海域比东部海域吸收更多的太阳辐射,获得的热量较多,因而在全球的热量收支中起着更重要的作用。

⑦热带海面上非海盐硫化物气溶胶浓度与凝结核数浓度呈正比关系,而与降水量呈反比关系,凝结核浓度与总反照率和云量成正比关系。这一观测结果说明了通过物质交换的海气相互作用过程。

随着观测手段的进步和观测资料的日益丰富,将逐步扩大海气相互作用的研究范围和应用领域,如全球气候变化观测、环境保护等。

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