太平洋北赤道逆流年际变化的特征及其影响因子分析❋

于　飞， 王　启

(1. 中国海洋大学物理海洋教育部重点实验室，山东省高校海洋-大气相互作用与气候重点实验室，山东 青岛 266100；

2. 中国人民解放军92635部队气象台，山东 青岛 266100)



太平洋北赤道逆流年际变化的特征及其影响因子分析❋

于飞1,2， 王启1❋❋

(1. 中国海洋大学物理海洋教育部重点实验室，山东省高校海洋-大气相互作用与气候重点实验室，山东 青岛 266100；

2. 中国人民解放军92635部队气象台，山东 青岛 266100)

摘要：采用SODA数据资料，分析了1950—2008年太平洋北赤道逆流(NECC)的年际变化特征及其与ENSO循环的联系。研究结果表明：(1)a)盛期是NECC流量由年际异常增大(减小)到异常减小(增大)的转折点；(2)NECC流轴的纬度在a)盛期达到年际异常最南(北)端；(3)NECC流轴在深度上呈西深东浅倾斜，a)盛期倾斜最弱(强)。通过构造典型ENSO循环的海表面风应力场，驱动一层半线性约化重力数值模式，结果验证了在NECC的年际变化中海表面风应力场是关键因素，而大洋波动(Kelvin波和Rossby波)和洋流本身是海洋内部的主要动力调整机制。

关键词：太平洋北赤道逆流； ENSO循环； 年际变化； 一层半线性约化重力数值模式

YU Fei, WANG Qi. The interannual variabilities of the Pacific North Equatorial countercurrent and influencing factors[J]. Periodical of Ocean University of China, 2016, 46(2): 6-13.

太平洋北赤道逆流(NECC)是一支起源于西太平洋暖池区，自西向东流动，位于赤道以北2°N～10°N之间洋盆尺度的稳定洋流。其北界和南界分别为向西流的北赤道流(NEC)和南赤道流(SEC)。

早在1943年Sverdrup等人描述了太平洋的表面流：向西流的NEC和SEC以及向东流的NECC[1]。之后不断有关NECC的观测数据和研究结果涌现出来，对其认识也不断清晰。

基于西太平洋上不同海洋观测站位和不同时间段的实地观测数据，相关的研究工作指出，NECC自西向东输运量由大于30Sv减小到小于10Sv；流轴深度自西向东由110m变浅至40m，并且向北倾斜[2-3]。

通过分析160°E至日界线验潮站的数据记录，发现NECC的增强提前于El Nio的强盛期6个月[11]。然而，在170°W～110°W范围内，1991—2001年ADCP(Acoustic Doppler Current Profiler)的数据分析表明，在El Nio年的8—12月，NECC是减弱的[12]。所以，对于NECC的年际变化特征和机制及其与ENSO的关系仍需进行细致深入的分析研究。

本文通过对SODA(1950-01—2008-12)资料的统计，分析得出NECC全流域(130.25°E～83.25°W)范围内的年际变化特征。采用一层半线性约化重力数值模式，模拟ENSO循环期间NECC的年际异常变化特征，分析海表面风应力场、海面动力高度场、以及温跃层深度的变化，对NECC变化的影响，同时探究热带大洋波动(赤道Kelvin波，沿岸Kelvin波和Rossby波)与NECC年际变化的关系。

1数据介绍与模式配置

1.1 数据介绍

本文采用了海洋同化数据集SODA2.2.4的1950年1月—2008年12月的数据。水平方向上的分辨率为0.5(°)×0.5(°)。垂直方向上的分辨率为不等间距，共40层。下载地址为：http://iridl.ldeo. columbia.edu /SOURCES/.CARTON-GIESE/.SODA/.v2p2p4/。SODA旨在提高对上层海洋的再分析能力，深层海洋的模拟能力较为欠缺，但NECC主要位于上层海洋，所以使用SODA资料集是能够满足本文分析需要的。

1.2一层半海洋模式

本文使用的数值模式是一层半约化重力海洋模式，采取刚盖近似，实际岸界和风应力驱动。其控制方程为：

(1)

(2)

(3)

由于模式主要针对NECC，同时在不切断完整热带环流系统的前提下，将模型的计算区域设定为经度(120.25°E～288.25°E)，纬度(18.25°S～39.25°N)，模式格点分辨率为0.5(°)×0.5(°)，模式设置的初始上层厚度H=150m。

本文通过改变参数g′的值，反映气候态的海洋温跃层深度。通过模式输出的气候态月平均温跃层起伏量与SODA海表面高度的相关系数场作为依据，选取g'随纬度的设置值如图1所示，在3°N～4°N及8°N～9°N取小值，对应气候态的温跃层加深，在6°N～7°N的极大值，对应气候态的温跃层隆起。

AH作为模式中能量的耗散项参数，在低纬度范围内(13.25°S～29.25°N)，AH=2×104m2·s-2，在模式的上下边界附近(18.25°S～13.25°S和29.25°N～39.25°N)，随着纬度的增高，AH的设置值线性增大，即从13.25°S的2×104m2·s-2线性增大到18.25°S的4×104m2·s-2，从29.25°N的2×104m2·s-2线性增大到39.25°N的6×104m2·s-2，目的是为了消除由于人为给定的北边界而产生的虚假的Kelvin波信号，同时也为了保证在中高纬度地区模式运行的稳定，即避免1.5层海洋发生露头现象。

图1　g′随纬度的设置值

2统计量的表征方法

一般认为NECC的底边界为σθ=26kg·m-3等位势密度面[10]，结合NECC的气候态特征，本文采用的NECC流域的判定标准为：2.25°N～10.25°N之间，位势密度σθ<26kg·m-3，纬向流速u>0m·s-1的上层海洋区域。

定义NECC的流量为：

NECC流轴的纬度为：

NECC流轴的深度位置为：

其中：x,y,z,t分别表示经度，纬度，深度和时间；Σ为时刻t在某经度x截面处，NECC的判定截面。

3NECC的年际变化

本文的年际变化是指基于SODA数据的相关统计量减去季节变化分量，得到该统计量的异常场，然后对异常场进行滤波，得到的周期为15～96个月的年际异常分量。

区SSTA(单位：℃)，

o3.4区SSTA

区SSTA(单位：℃)，

图5　纬向平均并标准化的NECC流量(红实线)和流轴

图6给出了NECC流轴深度倾斜的年际异常特征，其中分别选取130.25°E～179.75°E和120.25°W～83.25°W作为西部和东部的纬向平均范围。

图6　纬向平均并标准化的NECC流轴深度在西部

4ENSO循环对NECC的年际变化的影响机制

o时期合成的太平洋海表面风应力旋度异常的演变(单位：10-8N·m-3)

时期NECC纬向流速异常场(等值线)(间隔：0.04m·s-1)和

以上数值结果显示，虽然一层半约化重力模式简单，但能够模拟出NECC年际变化的基本特征。数值模拟的演变过程说明，NECC年际异常首先是风应力驱动的结果，所以是关键因素，但是演变过程要依赖于Kelvin波和Rossby波等大洋波动，以及洋流本身的调制，所以大洋波动和环流本身是NECC年际异常的主要调制机制。

5结论

本文采用SODA的1950—2008年数据资料，分析了NECC的年际变化特征及其与ENSO循环的联系；应用典型的ENSO循环海表面风应力场驱动一层半线性约化重力数值模式，分析了NECC年际异常的海洋动力调制机制。主要结论如下：

a时期合成的太平洋海表面风应力旋度异常的演变(单位：10-8N·m-3)

时期NECC纬向流速异常场(等值线)(间隔：0.04m·s-1)和温跃层起伏异常场(填色)(单位：m)的演变

(3)数值模拟演变过程说明，NECC年际异常首先是风应力驱动的结果，所以是关键因素，但是演变过程要依赖于Kelvin波和Rossby波等大洋波动，以及洋流本身的调制，所以大洋波动和环流本身是NECC年际异常的主要调制机制。

参考文献：

[1]Sverdrup H U, Staff. Records observations [J]. Scripps Institution of Oceanography, 1943, 1: 65-160.

[2]Wyrtki K, Kendall R. Transports of the Pacific equatorial countercurrent [J]. Journal of Geophysical Research, 1967, 72(8): 2073-2076.

[3]Qiu B, Joyce T M. Interannual variability in the mid- and low-latitude western North Pacific [J]. Journal of Physical Oceanography, 1992, 22(9): 1062-1079.

[4]Wang Q, Hu R J, Anna Z. Variabilities of surface current in the Tropical Pacific Ocean [J]. Journal of Ocean University of Qingdao, 2002, 1(2): 130-134.

[5]Wyrtki K. The response of sea surface topography to the 1976 El Nio [J]. Journal of Physical Oceanography, 1979, 9: 1223-1231.

[6]Meyers G, Donguy J R. The North Equatorial Countercurrent and heat storage in the western Pacific Ocean during 1982-83 [J]. Nature, 1984, 312(5991): 258-260.

[7]Kessler W S, Taft B A. Dynamic heights and zonal geostrophic transports in the central tropical Pacific during 1979-84 [J]. Journal of Physical Oceanography, 1987, 17: 97-122.

[8]Delcroix T, Eldin G, Radenac M H, et al. Variation of the western equatorial Pacific Ocean, 1986-1988 [J]. Journal of Geophysical Research, 1992, 97(C4): 5423-5445.

[9]Taft B A, Kessler W S. Variations of zonal currents in the central tropical Pacific during 1970 to 1987: Sea level and dynamic height measurements [J]. Journal of Geophysical Research, 1991, 96(C7): 12599-12618.

[10]Johnson G C, Sloyan B M, Kessler W S, et al. Direct measurements of upper ocean currents and water properties across the tropical Pacific during the 1990s [J]. Progress in Oceanography, 2002, 52(1): 31-61.

[11]Johnston T M S, Merrifield M A. Interannual geostrophic current anomalies in the near-equatorial western Pacific [J]. Journal of Physical Oceanography, 2000, 30: 3-14.

[12]Johnson E S, Proehl J A. Tropical instability wave variability in the Pacific and its relation to large-scale currents [J]. Journal of Physical Oceanography, 2004, 34: 2121-2147.

责任编辑庞旻

The Interannual Variabilities of the Pacific North Equatorial Countercurrent and Influencing Factors

YU Fei1,2， WANG Qi1

(1. The Key Laboratory of Physical Oceanography，Ministry of Education, The Key Laboratory of Ocean-Atmospheric Interaction and Climate, Universities in Shandong Province, Ocean University of China，Qingdao 266100，China; 2. The Meteorological Observatory of Unit 92635， PLA， Qingdao 266100, China)

Abstract:Based on SODA data product (1950～2008), the interannual variabilities of the Pacific North Equatorial Countercurrent (NECC) is examined in this study. ENSO exerts a significant impact on the interannual changes of the NECC. The results prove that: (1) the interannual anomalies of NECC transport shift from increasing to decreasing during the mature period of El Nio, while that is on the opposite during the mature period of La Nia; (2)the NECC core has a more southerly position during the El Nio years, and a more northerly position during the La Nia years; (3) the NECC core is deep in the west and shallow in the east. The inclination of NECC core reaches the slightest (strongest) degree during the peak of El Nio (La Nia). The wind-forced 1.5-layer linear reduced gravity ocean model experiments by setting composite of the sea surface wind stress curl anomalies during ENSO cycle are carried out to clarify that the sea surface wind stress plays a key role in the interannual changes of the NECC, while the tropical ocean waves (Kelvin wave and Rossby wave) and currents are the main dynamic adjustment mechanism of the ocean.

Key words:North Equatorial Countercurrent(NECC); ENSO; interannual variabilities; 1.5-layer linear reduced gravity ocean model

DOI：10.6441/j.cnki.hdxb.20150139

中图法分类号：P731.2

文献标志码：A

文章编号：1672-5174(2016)02-006-08

作者简介：于飞(1987-)，男，硕士生。E-mail:1844742711@qq.com❋❋通讯作者：E-mail：wangqi@ouc.edu.cn

收稿日期：2015-04-09；

修订日期：2015-05-25

基金项目：❋ 国家重点基础研究发展计划项目(2012CB417402)；海洋公益性行业科研专项(201505007)资助

引用格式：于飞， 王启.太平洋北赤道逆流年际变化的特征及其影响因子分析[J].中国海洋大学学报(自然科学版)， 2016, 46(2)： 6-13.

Supported by National Basic Reasearch Program of China(2012CB417402); The Public Science and Technology Reasearch Fand Projects of Ocean(201505007)