北大西洋深層水課件

IAP/LASG，中國科學院4Jan2008《大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬》周天軍E-mail:zhoutj@第十講大洋熱鹽環(huán)流/staff/ztj/index_c.htmIAP/LASG，中國科學院4Jan2001全球增暖：難以忽視的真相全球增暖：難以忽視的真相2BBC：全球變暖大騙局？BBC：全球變暖大騙局？3電影《后天》劇照電影《后天》劇照4明天之后：冰冷的世界明天之后：冰冷的世界5政府間氣候變化科學委員會（IPCC）

科學評估報告政府間氣候變化科學委員會（IPCC）

科學評估報告6戈爾和IPCC共獲2007年度諾貝爾和平獎Pachauri戈爾和IPCC共獲2007年度諾貝爾和平獎Pachauri7北大西洋深層水課件8《后天》引發(fā)的科學疑問什么是大洋熱鹽環(huán)流？熱鹽環(huán)流在氣候系統(tǒng)中的作用如何？過去：地球氣候記錄中的熱鹽環(huán)流檔案《后天》中所描述的情景過去發(fā)生過嗎?現(xiàn)在：今天的熱鹽環(huán)流監(jiān)測將來：全球變暖對熱鹽環(huán)流有何影響？《后天》引發(fā)的科學疑問什么是大洋熱鹽環(huán)流？9熱鹽環(huán)流基礎(chǔ)知識熱鹽環(huán)流的氣候作用熱鹽環(huán)流的數(shù)值模擬主要內(nèi)容利用耦合模式開展氣候變率研究的范例熱鹽環(huán)流基礎(chǔ)知識主要內(nèi)容利用耦合模式開展氣候變率研究的范例10Broecker,1991？Broecker,1991？11熱鹽環(huán)流基礎(chǔ)知識

大洋水團的區(qū)分和深層水團的形成大西洋與太平洋深層洋流的區(qū)別熱鹽環(huán)流與大洋環(huán)流輸送帶熱鹽環(huán)流基礎(chǔ)知識12－Watermass:abodyofwaterwithacommonformationhistory

(Tomczak&Godfrey);

－源地和形成機制相近，具有相對均勻的物理、化學和生物特征及大體一致的變化趨勢，而與周圍海水存在明顯差異的宏大水體（中國大百科全書，海洋卷）－Surfacewater:0-200m

Centralwater:

tothebottomofmainthermocline

Intermediatewater:

to1500m

Deepwater:

waterbelowintermediatewaterbutnotincontactwiththebottom,toadepthof

about4000m

Bottomwater:

waterincontactwiththeseabed大洋水團的區(qū)分和深層水團的形成－Watermass:abodyofwaterw13－南極底層水

AABW

(AantarcticBottomWater)

－北大西洋深層水

NADW

(NorthAtlanticDeepWater)－南極中層水

AAIW(AAIW:AntarcticIntermediateWater)

大洋主要水團的分布－南極底層水大洋主要水團的分布14大洋地形與洋中脊分布大洋地形與洋中脊分布15大洋主要水團的源地(Englandetal.2004)大洋主要水團的源地(Englandetal.2004)16海洋中的深對流只發(fā)生少數(shù)邊緣海海洋中的深對流只發(fā)生少數(shù)邊緣海17

T-S分布:區(qū)分水團的有效手段(Tomczak&Godfrey,2001)T-S分布:區(qū)分水團的有效手段(Tomczak&Godf18南半球三大洋T-S分布之比較A:AtlanticOcean(41°S)I:IndianOcean(32°S,70°E)P:PacificOcean(43°S,120°W)NADW:高鹽IDW:

NADWadvectedintoIndOCNPDW:MixingofAABW,NADW,AAIW(Tomczak&Godfrey,2001)南半球三大洋T-S分布之比較A:AtlanticOc19T－STemperatureSalinityDiagrams

atthesurfaceT－STemperatureSalinityDiagra20T－STemperatureSalinityat150meterwaterdepthT－STemperatureSalinityat15021T－STemperatureSalinityat500meterwaterdepthT－STemperatureSalinityat50022T－STemperatureSalinityat1000meterwaterdepthT－STemperatureSalinityat10023T－STemperatureSalinityat3000meterwaterdepthT－STemperatureSalinityat30024太平洋底層、深層水團太平洋底層、深層水團25大洋深層水團的年齡Broecker,1985（痕量同位素示蹤技術(shù)）

大洋深層水團的年齡Broecker,1985（痕量同位素示26太平洋鹽度和含氧量分布FromCraigetal.(1981).最年老的水團：1000yrsAABW太平洋鹽度和含氧量分布FromCraigetal.(27大西洋底層、深層水團大西洋底層、深層水團28大西洋水團分布大西洋水團分布29小結(jié)：熱鹽環(huán)流基礎(chǔ)知識

－大洋水團的區(qū)分和深層水團的形成溫度和鹽度分布，是區(qū)分大洋特定水團特征的主要物理指標大西洋、太平洋、印度洋的水團溫鹽特征不同全球大洋最為重要的兩個水團是北大西洋深層水（NADW)和南極底層水（AABW)小結(jié)：熱鹽環(huán)流基礎(chǔ)知識溫度和鹽度分布，是區(qū)分大洋特定水團特30大西洋與太平洋深層洋流有別北太平洋高緯海域沒有深層水形成研究熱鹽環(huán)流，為何重點關(guān)注大西洋？大西洋與太平洋深層洋流有別研究熱鹽環(huán)流，為何重點關(guān)注大西洋？31北太平洋為何沒有深層水團形成？北太平洋32年平均淡水通量E-P（cm/a)（周天軍，張學洪等，1999）北太平洋表層比北大西洋要淡得多，T-S曲線已經(jīng)說明這一點;原因在于水汽收支？大洋表層鹽度（psu)AfterLevitus年平均淡水通量E-P（cm/a)（周天軍，張學洪等，199933北大西洋深層水課件34水通量收支盈余、虧損有別是太平洋、大西洋環(huán)流有別的重要原因之一三大洋水汽收支的定量估計(Zhouetal.1999)水通量收支盈余、虧損有別是太平洋、大西洋環(huán)流有別的重要原因之35熱鹽環(huán)流基礎(chǔ)知識

－大西洋與太平洋深層洋流的區(qū)別研究熱鹽環(huán)流，重點關(guān)注北大西洋北大西洋的水齡，比北太平洋要年輕得多北太平洋深層水主要是高齡水水份收支有別，使得北大西洋高緯比北太平洋要咸得多，表層海水密度大，有利于表層水下沉、發(fā)生對流，和深層的交換增強熱鹽環(huán)流基礎(chǔ)知識研究熱鹽環(huán)流，重點關(guān)注北大西洋36熱鹽環(huán)流和大洋環(huán)流輸送帶熱鹽環(huán)流和大洋環(huán)流輸送帶37熱鹽環(huán)流的定義來自海表的風應(yīng)力、熱通量和淡水通量強迫是大洋環(huán)流形成的根本原因。受海面風的應(yīng)力作用產(chǎn)生的海流，稱作風生流；由于海面受熱冷卻不均、蒸發(fā)降水不勻所產(chǎn)生的溫度和鹽度變化，導致密度分布不均勻形成的熱力學海流，因為海水的密度主要由溫度和鹽度決定，所以這種由密度梯度驅(qū)動的深層洋流，被稱為“溫鹽流”（或熱鹽流）。風生流和溫鹽流的作用區(qū)域有所區(qū)別，前者限于大洋的上層和中層，即在密度躍層以上，后者則主要集中在大洋深層。全球大洋10%的水體受風生流影響，90%的水體受熱鹽流影響。

T.Garrison《Oceanography》

熱鹽環(huán)流的定義來自海表的風應(yīng)力、熱通量和淡水通量強迫是大洋環(huán)38（Schmitz,1995）兩層熱鹽環(huán)流輸送帶示意圖站在南極大陸鳥瞰大洋環(huán)流（Schmitz,1995）兩層熱鹽環(huán)流輸送帶示意圖站在南39熱鹽環(huán)流是大洋環(huán)流輸送帶的重要組成部分實際大洋中風生流和熱鹽流沒有嚴格界限（thedensitygradientaresetupprimarilybythewind).關(guān)于熱鹽環(huán)流的研究，重點是大西洋熱鹽環(huán)流，又稱“大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流”關(guān)于熱鹽環(huán)流的幾點共識熱鹽環(huán)流是大洋環(huán)流輸送帶的重要組成部分關(guān)于熱鹽環(huán)流的幾點共識40大西洋經(jīng)圈環(huán)流

(熱鹽環(huán)流THC)

AtlanticMeridionalOverturningCirculationTheflowintegratedzonallyintheAtlanticocean;NADWAABWTheGulfStreamdominatesthemassfluxintheupperoceanandisclearlypartoftheMOC.Wunsch(2002)大西洋經(jīng)圈環(huán)流(熱鹽環(huán)流THC)Atlanti41如何度量熱鹽環(huán)流的強度？如何度量熱鹽環(huán)流的強度？42經(jīng)圈‘翻轉(zhuǎn)’流函數(shù)經(jīng)圈‘翻轉(zhuǎn)’流函數(shù)43L30T63模擬的全球和大西洋緯向積分經(jīng)圈流函數(shù)AABWNADW(Jinetal,1999)L30T63模擬的全球和大西洋緯向積分經(jīng)圈流函數(shù)AABWN44全球大洋緯向平均溫度L30T63觀測結(jié)果(Jinetal,1999)全球大洋緯向平均溫度L30T63觀測結(jié)果(Jinetal45第一節(jié)熱鹽環(huán)流基礎(chǔ)知識熱鹽環(huán)流是由密度梯度驅(qū)動的深層洋流熱鹽環(huán)流是大洋環(huán)流輸送帶的主要組成部分研究熱鹽環(huán)流重點關(guān)注大西洋大西洋熱鹽環(huán)流實際指大西洋經(jīng)圈環(huán)流（MOC)，包括北大西洋深層水NADW的南傳、以及南極底層水AABW的北侵，表層的灣流也是其重要組成部分數(shù)值模式中利用海盆緯向積分經(jīng)圈流函數(shù)表示熱鹽環(huán)流的總體輸送特征第一節(jié)熱鹽環(huán)流基礎(chǔ)知識熱鹽環(huán)流是由密度梯度驅(qū)動的深層洋流46IAP/LASG，中國科學院4Jan2008《大洋環(huán)流和海氣相互作用的數(shù)值模擬》周天軍E-mail:zhoutj@第十講大洋熱鹽環(huán)流/staff/ztj/index_c.htmIAP/LASG，中國科學院4Jan20047全球增暖：難以忽視的真相全球增暖：難以忽視的真相48BBC：全球變暖大騙局？BBC：全球變暖大騙局？49電影《后天》劇照電影《后天》劇照50明天之后：冰冷的世界明天之后：冰冷的世界51政府間氣候變化科學委員會（IPCC）

科學評估報告政府間氣候變化科學委員會（IPCC）

科學評估報告52戈爾和IPCC共獲2007年度諾貝爾和平獎Pachauri戈爾和IPCC共獲2007年度諾貝爾和平獎Pachauri53北大西洋深層水課件54《后天》引發(fā)的科學疑問什么是大洋熱鹽環(huán)流？熱鹽環(huán)流在氣候系統(tǒng)中的作用如何？過去：地球氣候記錄中的熱鹽環(huán)流檔案《后天》中所描述的情景過去發(fā)生過嗎?現(xiàn)在：今天的熱鹽環(huán)流監(jiān)測將來：全球變暖對熱鹽環(huán)流有何影響？《后天》引發(fā)的科學疑問什么是大洋熱鹽環(huán)流？55熱鹽環(huán)流基礎(chǔ)知識熱鹽環(huán)流的氣候作用熱鹽環(huán)流的數(shù)值模擬主要內(nèi)容利用耦合模式開展氣候變率研究的范例熱鹽環(huán)流基礎(chǔ)知識主要內(nèi)容利用耦合模式開展氣候變率研究的范例56Broecker,1991？Broecker,1991？57熱鹽環(huán)流基礎(chǔ)知識

大洋水團的區(qū)分和深層水團的形成大西洋與太平洋深層洋流的區(qū)別熱鹽環(huán)流與大洋環(huán)流輸送帶熱鹽環(huán)流基礎(chǔ)知識58－Watermass:abodyofwaterwithacommonformationhistory

(Tomczak&Godfrey);

－源地和形成機制相近，具有相對均勻的物理、化學和生物特征及大體一致的變化趨勢，而與周圍海水存在明顯差異的宏大水體（中國大百科全書，海洋卷）－Surfacewater:0-200m

Centralwater:

tothebottomofmainthermocline

Intermediatewater:

to1500m

Deepwater:

waterbelowintermediatewaterbutnotincontactwiththebottom,toadepthof

about4000m

Bottomwater:

waterincontactwiththeseabed大洋水團的區(qū)分和深層水團的形成－Watermass:abodyofwaterw59－南極底層水

AABW

(AantarcticBottomWater)

－北大西洋深層水

NADW

(NorthAtlanticDeepWater)－南極中層水

AAIW(AAIW:AntarcticIntermediateWater)

大洋主要水團的分布－南極底層水大洋主要水團的分布60大洋地形與洋中脊分布大洋地形與洋中脊分布61大洋主要水團的源地(Englandetal.2004)大洋主要水團的源地(Englandetal.2004)62海洋中的深對流只發(fā)生少數(shù)邊緣海海洋中的深對流只發(fā)生少數(shù)邊緣海63

T-S分布:區(qū)分水團的有效手段(Tomczak&Godfrey,2001)T-S分布:區(qū)分水團的有效手段(Tomczak&Godf64南半球三大洋T-S分布之比較A:AtlanticOcean(41°S)I:IndianOcean(32°S,70°E)P:PacificOcean(43°S,120°W)NADW:高鹽IDW:

NADWadvectedintoIndOCNPDW:MixingofAABW,NADW,AAIW(Tomczak&Godfrey,2001)南半球三大洋T-S分布之比較A:AtlanticOc65T－STemperatureSalinityDiagrams

atthesurfaceT－STemperatureSalinityDiagra66T－STemperatureSalinityat150meterwaterdepthT－STemperatureSalinityat15067T－STemperatureSalinityat500meterwaterdepthT－STemperatureSalinityat50068T－STemperatureSalinityat1000meterwaterdepthT－STemperatureSalinityat10069T－STemperatureSalinityat3000meterwaterdepthT－STemperatureSalinityat30070太平洋底層、深層水團太平洋底層、深層水團71大洋深層水團的年齡Broecker,1985（痕量同位素示蹤技術(shù)）

大洋深層水團的年齡Broecker,1985（痕量同位素示72太平洋鹽度和含氧量分布FromCraigetal.(1981).最年老的水團：1000yrsAABW太平洋鹽度和含氧量分布FromCraigetal.(73大西洋底層、深層水團大西洋底層、深層水團74大西洋水團分布大西洋水團分布75小結(jié)：熱鹽環(huán)流基礎(chǔ)知識

－大洋水團的區(qū)分和深層水團的形成溫度和鹽度分布，是區(qū)分大洋特定水團特征的主要物理指標大西洋、太平洋、印度洋的水團溫鹽特征不同全球大洋最為重要的兩個水團是北大西洋深層水（NADW)和南極底層水（AABW)小結(jié)：熱鹽環(huán)流基礎(chǔ)知識溫度和鹽度分布，是區(qū)分大洋特定水團特76大西洋與太平洋深層洋流有別北太平洋高緯海域沒有深層水形成研究熱鹽環(huán)流，為何重點關(guān)注大西洋？大西洋與太平洋深層洋流有別研究熱鹽環(huán)流，為何重點關(guān)注大西洋？77北太平洋為何沒有深層水團形成？北太平洋78年平均淡水通量E-P（cm/a)（周天軍，張學洪等，1999）北太平洋表層比北大西洋要淡得多，T-S曲線已經(jīng)說明這一點;原因在于水汽收支？大洋表層鹽度（psu)AfterLevitus年平均淡水通量E-P（cm/a)（周天軍，張學洪等，199979北大西洋深層水課件80水通量收支盈余、虧損有別是太平洋、大西洋環(huán)流有別的重要原因之一三大洋水汽收支的定量估計(Zhouetal.1999)水通量收支盈余、虧損有別是太平洋、大西洋環(huán)流有別的重要原因之81熱鹽環(huán)流基礎(chǔ)知識

－大西洋與太平洋深層洋流的區(qū)別研究熱鹽環(huán)流，重點關(guān)注北大西洋北大西洋的水齡，比北太平洋要年輕得多北太平洋深層水主要是高齡水水份收支有別，使得北大西洋高緯比北太平洋要咸得多，表層海水密度大，有利于表層水下沉、發(fā)生對流，和深層的交換增強熱鹽環(huán)流基礎(chǔ)知識研究熱鹽環(huán)流，重點關(guān)注北大西洋82熱鹽環(huán)流和大洋環(huán)流輸送帶熱鹽環(huán)流和大洋環(huán)流輸送帶83熱鹽環(huán)流的定義來自海表的風應(yīng)力、熱通量和淡水通量強迫是大洋環(huán)流形成的根本原因。受海面風的應(yīng)力作用產(chǎn)生的海流，稱作風生流；由于海面受熱冷卻不均、蒸發(fā)降水不勻所產(chǎn)生的溫度和鹽度變化，導致密度分布不均勻形成的熱力學海流，因為海水的密度主要由溫度和鹽度決定，所以這種由密度梯度驅(qū)動的深層洋流，被稱為“溫鹽流”（或熱鹽流）。風生流和溫鹽流的作用區(qū)域有所區(qū)別，前者限于大洋的上層和中層，即在密度躍層以上，后者則主要集中在大洋深層。全球大洋10%的水體受風生流影響，90%的水體受熱鹽流影響。

T.Garrison《Oceanography》

熱鹽環(huán)流的定義來自海表的風應(yīng)力、熱通量和淡水通量強迫是大洋環(huán)84（Schmitz,1995）兩層熱鹽環(huán)流輸送帶示意圖站在南極