太平洋副熱帶東部模態水的年際變化及機制研究*

李 祥， 羅義勇

(中國海洋大學物理海洋實驗室，山東 青島 266100)

模態水(Mode water)是一種存在于海洋躍層內的低位勢渦度水團，因其具有溫度、鹽度以及密度的垂向均一性，與周邊溫躍層內的強溫、鹽、密度垂向梯度形成鮮明對比、具有獨立模態而得名[1]。模態水廣泛存在于各大洋中，模態水的形成主要是冬季溫躍層的“通風”，在其形成海域冬季由于海洋表層熱量損失造成上層層化減弱、混合層加深，而在次年春季，季節性溫躍層的形成使得深混合層內水體與表層的聯系切斷，最終進入永久性溫躍層成為了模態水。模態水對于氣候變化問題具有重要的研究意義。一方面是由于模態水在其形成區通過潛沉(Subduction)能夠將冬季的大氣強迫信息傳遞到海洋次表層；另一方面，攜帶有生成區冬季海表強迫信號的模態水在進入到溫躍層后可以通過海洋內部通道輸送到其他海域，并在若干年后重新回到海表層繼而對海表面產生影響。

在北太平洋存在著三種副熱帶模態水，其中，西部模態水(STMW)的形成區位于黑潮及其延續體以南，中部模態水(CMW)的形成區位于黑潮延續體附近，這兩種模態水的形成主要與其形成海區冬季海洋大量的熱損失以及由此形成的深混合層有關。而在副熱帶環流區東南側存在著一種東部模態水(NPESTMW)，其形成區位于加利福尼亞海流以西的副熱帶海區，中心位于30°N,140°W，溫度為16～22 ℃，密度為24.0～25.4 kg·m-3[2]。在南太平洋副熱帶環流區東部海域同樣存在著副熱帶東部模態水(SPESTMW)，其定義為南太平洋東部副熱帶地區的低位渦水，溫度為13～26 ℃，密度為24.5～25.8 kg·m-3的水團[3]。南、北太平洋東部副熱帶模態水在形成區域及特征上存在相似之處，均為Type 2型副熱帶模態水，分別位于南、北副熱帶環流圈東側，形成機制類似。南、北太平洋東部副熱帶海域都是信風控制下的潛沉率較大的海區，并且在其形成海區冬季海表面模態水露頭區的等密度線間隔寬廣，弱密度平流的作用有利于低位渦水的形成[4]。

模態水的形成過程稱為潛沉，模態水的潛沉率由側向導入項(Lateral induction)和垂直抽吸項(Vertical pumping)兩項組成。傳統觀點認為，NPESTMW的形成主要與副熱帶太平洋東部深混合層有關[5-6]。Hosoda等[7]指出，與西部、中部模態水相比，在NPESTMW的形成區冬季混合層比較淺，露頭區等密度線間隔更為寬廣，露頭區面積較大，沿流速方向的密度梯度較小。NPESTMW的形成除了與其形成區冬季深混合層有關，還與該區域寬廣的等密度線露頭區及與沿混合層內海流方向微弱的密度梯度相關的弱密度平流有關，且后者起到了主要作用。造成該區域內密度梯度較弱的主要原因是海表面溫度的分布特征。

目前，對于NPESTMW的年際變化及其對氣候變化的響應的研究主要基于潛沉率的研究。通過分析同化的海洋模式資料，胡海波等[8]計算了北太平洋模態水形成區的潛沉率的年際變化，提出在NPESTMW形成區內局部風應力的變化是引起該區域潛沉率年際變化的主要原因。Hu等[9]的研究結果同樣認為風應力作用對該區域潛沉率的變化起到了主要貢獻。潘愛軍等[10]的研究則指出，對于NPESTMW的形成及冬季混合層溫度的變化中熱通量起到了主要貢獻。Qu等[11]和Chen等[12]提出北太平洋副熱帶東部模態水與西部模態水之間在年代際尺度上存在著反相關關系且與太平洋年代際濤動(PDO)位相之間存在密切聯系，而其中熱通量的變化起到了主要作用。Toyoma等[13]基于Agro格點數據對北太平洋潛沉率進行了計算，結果表明東部模態水的潛沉率的年際變化是由冬季混合層深度所決定的混合層深度平流項所決定，并驗證了潛沉率年際變化與PDO正負位相的關系。Toyoda等[14]基于模式資料，在其2004年提出的東部模態水“預條件機制”的理論基礎上對NPESTMW的年際變化進行了解釋，認為冬季冷卻強弱是導致模態水年際變化的主要因素。此外，前人關于NPESTMW對于氣候變化的響應及機制進行了研究。Luo等[15]基于模式結果對于NPESTMW對全球變暖的響應進行了研究，指出在全球變暖條件下由于表面大氣強迫條件的變化導致了NPESTMW強度減弱，密度減小的結果。在此基礎上，Xia等[16]的工作研究了全球變暖前后NPESTMW氣候態的差異以及機制。此外，Xia等[17]的研究提出了副熱帶東部太平洋冬季深混合層的形成與海洋平流作用有關，而輻射強迫增加時潛沉率的響應特征主要是由于側向潛沉率的貢獻。Li和Luo[18]基于耦合氣候模式對NPESTMW在溫室氣體和氣溶膠強迫下的響應的研究結果顯示NPESTMW在1900—2006年由于大氣強迫原因呈現出強度減弱的趨勢，在此期間氣溶膠強迫的作用強于溫室氣體強迫。

前人對SPESTMW的形成機制以及年際、年代際變化的研究主要基于模式和再分析資料。Liu和Wu[19]基于SODA的研究表明南太平洋模態水在20世紀表現出增強的趨勢，其中SPESTMW潛沉率的增強主要是由于風應力旋度引起的垂向速度項的增加。Li[20]基于模式資料對SPESTMW潛沉率的研究指出，垂向速度項對于模態水的形成起主要貢獻，然而混合層深度平流項則是引起其年際變化的主要因素。對于SPESTMW形成區冬季深混合層的形成，Liu等[21]認為該區域對于SPESTMW形成起主要作用的冬季深混合層是由熱通量、風應力以及密度平流條件所共同決定的。Luo等[22]的研究指出SPESTMW在全球變暖情況下由于風應力和熱通量變化而導致其體積增加、密度變重。

本次研究基于格點化Argo觀測資料，重點研究南北太平洋兩種東部副熱帶模態水的年際變化，以及控制其形成和年際變化的主要大氣強迫機制。研究通過熱力學Walin分析方法發現了表面浮力通量及其各分量對模態水形成和年際變化的重要作用。

1 資料

本文采用的海洋資料(溫度，鹽度等)來源于中國Argo實時資料中心的全球海洋Argo網格數據集(BOA_Argo)月平均資料，時間長度為2004—2014年，空間范圍180°W～180°E，79.5°S～79.5°N，分辨率為1°×1°，垂向標準層為0～1 950 dbar共58層。海洋的經緯向流速數據則通過熱成風關系計算得到。數據下載自：ftp://data.argo.org.cn/pub/ARGO/BOA_Argo/。

為了分析影響副熱帶模態水形成及年際變化的大氣強迫，本文還采用了來自于歐洲中期天氣預報中心(ECMWF)的ERA-Interim大氣再分析數據。該數據集提供月平均的海氣通量、經向和緯向風場等變量，時間長度為2004—2014年，空間范圍180°W～180°E，79.5°S～79.5°N,分辨率為1°×1°。數據下載自http://apps.ecmwf.int/datasets/data/interim-full-moda/levtype=sfc/。

研究中還使用了1950—2012年月平均的OFES高分辨率海洋模式資料。該模式以NCEP大氣再分析數據作為強迫場，覆蓋范圍為 75°S～75°N,水平分辨率為1/10°，垂向共 54 層，其間距由表層的5 m逐漸擴大到最大深度(～6 065 m)處的330 m。數據下載來自http://apdrc.soest.hawaii.edu/datadoc/OFES/OFES.php。

2 模態水及其年際變化

為了確定副熱帶東部模態水的空間分布情況，圖1給出了氣候態平均下模態水成熟階段(北半球5月，南半球11月)副熱帶東部海區位勢渦度在NPESTMW和SPESTMW核心等密度面及經過模態水低位渦中心的經、緯向斷面上的分布情況，以及冬季混合層深度的空間分布。由圖1可見，NPESTMW的核心密度位于24.8～25.2 kg·m-3區間，模態水低位渦中心位于140°W,30°N附近，與冬季混合層最深處一致。在南太平洋，SPESTMW的核心密度位于更深的25.2～25.6 kg·m-3的密度區間，其低位渦與冬季深混合層中心位于100°W,22.5°S附近。根據圖1中低位渦水的分布，本次研究中將NPESTMW的計算區域選定為150°W～130°W，20°N～35°N的海區，而SPESTMW則選定為130°W～80°W，15°S～30°S的海區。值得注意的是對于SPESTMW，其冬季混合層深度以及低位渦水的體積均明顯強于NPESTMW。

圖1 (a)氣候態平均5月位勢渦度(單位：1×10-11 m-1·s-1)在25.0 kg·m-3等密度面上的空間分布及北半球冬季混合層深度(等值線，單位：m)；(b)氣候態平均11月位勢渦度在25.4 kg·m-3的空間分布及南半球冬季混合層深度；(c)(d)(e)(f)依次代表位勢渦度和位勢密度(等值線間隔：0.2 kg·m-3)在140°W，100°W徑向斷面和30°N，22.5°S緯向斷面上的分布 Fig.1 (a) Potential vorticity (Color shading; units: 10-11 m-1·s-1) in May along the 25.0 kg·m-3 isopycanl surface and depth (Contour, units:m) of the boreal winter.mixed layer；(b) Potential vorticity in November along the 25.4 kg·m-3isopycal surface and depth of the austral winter mixed layer； (c) Potential vorticity and density (contour interval = 0.2 kg·m-3) along the 140°W section； (d)～(f) as in (c) but along 100°W, 30°N and 22.5°S, respectively

為了研究NPESTMW和SPESTMW的年際變化，本文分別計算了由圖1低位渦水范圍所確定的海區混合層之下，密度屬于模態水核心密度區間的低位渦(pv<2.0×10-10m-1·s-1)水的體積對其強度變化進行了研究。位勢渦度定義為：pv=f/p×?ρ/?z。

其中：f為科氏參數；ρ為海水密度；?ρ/?z為海水的垂向梯度。由于模態水體積存在很強的季節變化信號，本文通過計算某年冬末春初時間段模態水體積的最大值與前一年夏季模態水體積最小值的差值得到了當年冬季新生成的模態水體積，用來對模態水的年際變化進行分析。圖2為2004—2014年新生成的NPESTMW和SPESTMW體積距平的時間序列，11年平均的新生成NPESTMW體積為3.10×1014m3,SPESTMW則為1.65×1015m3。在北太平洋，NPESTMW主要經歷了自2005—2009年和2010—2013年兩次歷時4～5 a的體積增加過程，其中體積最大值出現在2009年，最小值則出現在2005和2014年。對于SPESTMW，其體積的最小值出現在2009、2013年，最大值出現在2010年，在2007—2009年和2010—2013年經歷了兩次3～4 a的減弱過程。表1提供了模態水強弱年份的體積距平和核心密度區間的對比，這里將2008，2009，2013定義為NPESTMW強年，2007、2010、2011定義為SPESTMW強年，其中強年新生成的模態水體積較11年的平均值增加了17%，弱年則減少了17%。將2005、2010、2014年定義為NPESTMW弱年，2005、2009、2013定義為SPESTMW弱年，新生成的模態水體積在強年增加了12%，弱年減少了9%。分別對強弱年的pv分別進行合成分析(見圖3)發現，除新生成模態水的體積變化外，在模態水強年NPESTMW核心密度面會加深并移動到25.0～25.2 kg·m-3，而在模態水弱年，NPESTMW核心密度面會變淺至24.8～25.0 kg·m-3。對于SPESTMW，強年的核心密度為25.4～25.6 kg·m-3，弱年則為25.2～25.4 kg·m-3。

表1 強、弱NPESTMW和SPESTMW年模態水核心密度和冬季新生成模態水體積距平 Table 1 Core density and volume anomaly of newly formed mode water anomaly in strong and weak NPESTMW/SPESTMW years

3 形成機制

海面浮力通量是反映海-氣界面熱、鹽交換聯合作用的一個綜合的熱力學指標，海表面失去浮力通量，會導致表層水體密度增加[23-26]，該過程被稱為水團變性(Watermass tranformation)。Walin[27]提出了通過海表面浮力通量計算表面水團形成率的熱力學方法，發現表層海水由于失去浮力通量引起的增密效應，會導致由低密度向高密度的跨越等密度面的體積通量(變性通量)。Marshall等[28]在此基礎上，運用這一熱力學方法計算了由于表面水團形成過程引起的混合層內與模態水密度一致的水體通過混合層底進入溫躍層內的體積通量，并與傳統動力學潛沉方法進行了對比。Maze等[29]和Cerovicki等[30]分別運用Walin分析法解釋了大西洋18℃水的形成機制和太平洋副熱帶西部模態水的年際變化。

浮力通量的定義為：B=αQ/Cp+βρ0S0(P-E)。

圖2 2004—2014年新生成(a)NPESTMW和(b)SPESTMW體積距平的年際變化 Fig.2 Time series of volume anomaly of newly formed (a) NPESTMW and (b) SPESTMW

為了驗證海表面浮力通量對ESTMW形成的影響，計算了2004—2014年太平洋副熱帶東部海域各密度區間內的水團變性率、水團形成率以及它們的逐月變化。根據圖4，本文將水團形成率最大的北半球24.8～25.2 kg·m-3以及南半球25.2～25.6 kg·m-3的位勢密度露頭區分別定義為NPESTMW和SPESTMW的表面形成區。對于NPESTMW，海表面水團的形成主要發生在12月至次年2月(見圖4(e))，由于來自于低密度(24.5～24.7 kg·m-3)水體的變性通量最強(見圖4(a))，導致了混合層內與模態水密度(24.8～25.2 kg·m-3)相當的水團大量形成(見圖4(c))，使得形成區內的混合層內水體增加，深度變深并于2、3月達到最大值(見圖4(g))。而從4月份開始海表面水團形成率轉為負值開始消亡，表面水團的消亡主要是由于海洋從大氣吸收熱量獲得浮力，同時伴隨混合層內水團通過潛沉進入溫躍層，繼而導致春季混合層深度變淺，模態水進入溫躍層并與上層海洋切斷聯系。對于SPESTMW，混合層內與SPESTMW密度相一致的25.2～25.6 kg·m-3的水團由于低密度水團的變性通量大量形成，表面形成過程的時間為南半球冬季6～9月，在此期間表層水體堆積、混合層加深，水團消亡于10～12月，此期間混合層變淺。從上述分析可以得知，海表面浮力通量引起的低密水團的變性以及混合層內與模態水密度相當的水團的形成過程是導致冬季混合層水體增加變深的主要，而冬季混合層內增加的水體在混合層通風時會通過潛沉穿越混合層進入溫躍層并最終成為模態水，因此每年新生成的模態水的體積和強度與冬季表面水團形成率之間具有密切的聯系。

南北太平洋副熱帶東部海區單位面積的水團變性率及各分量的空間分布如圖5所示。冬季這一海區表面水體失去浮力通量，水團變性率以正值為主。水團變性率的最大值位于副熱帶模態水形成區深混合層海域靠近赤道一側：在NPESTMW形成區南側22.8～24.8 kg·m-3密度區間內存在一個強的水團變性中心，有利于該區域水體密度增加并向NPESTMW核心密度區間(24.8～25.2 kg·m-3)輸運。而在南半球，其水團變性率最大值位于SPESTMW核心密度區域以北密度小于25.2 kg·m-3的海域，有利于表面水體向SPESTMW密度區間(25.2～25.6 kg·m-3)內的變性輸運。這種水團變性輸運的過程導致了混合層內與模態水密度相當的水團的體積增加，增加的體積會在之后通過潛沉進入溫躍層形成了模態水。根據圖5，由海表面熱通量引起的分量在總的水團變性率中起到了主要作用：以北半球為例，由熱通量引起的水團變性率可達5×10-11Sv·m-2(1Sv=106m3·s-1),而由于淡水通量引起的水團變性率僅為1×10-11Sv·m-2，據此可知熱通量引起的水團變性對模態水密度區間內的水團形成起主要作用。

圖3 位勢渦度(單位：×10-11 m-1·s-1)及位勢密度(等值線，單位: kg·m-3)沿徑向斷面的分布在(a)NPESTMW強年，(b)SPESTMW強年，(c)NPESTMW弱年和(d)SPESTMW弱年的合成結果 Fig.3 Composite analysis of potential vorticity (Units: 10-11 m-1·s-1) and potential density (Contour, unit: kg·m-3) in (a) strong NPESTMW, (b) strong SPESTMW, (c) weak NPESTMW and (d) weak SPESTWM years along meridional sections

圖4 氣候態平均NPESTMW和SPETMW形成區附近積分的(a)(b)各密度區間的水團變性率，(c)(d)各密度區間的水團形成率，(e)(f)模態水核心密度區間內水團形成率的季節變化，(g)(h)混合層深度的季節變化 Fig.4 Integrated transformation rate of different density class in the formation region of (a) NPESTMW and (b) SPESTMW；formation rate of different density class in the formation region of (c) NPESTMW and (d) SPESTMW； seasonal variation of formation rate on the core density of (e) NPESTMW and (f) SPESTMW； seasonal variation of mixed layer depth in the formation region of (g) NPESTMW and (h) SPESTMW

((a)(b)中的等值線分別為南北半球冬季海表面密度的空間分布(單位： kg·m-3)。Superimposed is the climatological sea surface density (Units:kg·m-3). )

為了研究上述機制對于新生成模態水的體積及模態水核心密度的年際變化的影響，對模態水強弱年冬季海表面溫度(SST)、海表熱通量以及混合層深度進行了合成分析。如圖6和7所示，在NPESTMW和SPESTMW強年，模態水形成區混合層深度明顯加深，造成混合層加深的原因為該區域由熱通量引起的浮力通量負異常。模態水強年，海洋向大氣釋放熱量增強，水團變性及由此導致的體積通量增強，有利于混合層內與模態水密度相當的水體增加，因此新生成的模態水體積呈現異常；與之對應，在模態水弱年模態水形成區混合層深度變淺，原因主要是該區域的浮力通量正異常。模態水弱年，海洋向大氣釋放熱量減少，水團變性及體積通量減弱，不利于混合層內與模態水密度相當的水體增加，因此新生成的模態水體積表現為負異常。圖3所示的模態水核心密度面深度的年際變化，則主要是由于強年浮力通量負異常引起的表層密度以及混合層深度增加導致的垂向密度梯度(位勢渦度)減小，而弱年浮力通量的正異常則會引起表層密度以及混合層深度減小繼而導致垂向密度梯度(位勢渦度)增加，最終導致了低位渦水體所在密度區間的深淺變化。根據海表溫度距平在模態水強弱年的合成結果分析，在NPESTMW強年，副熱帶東部海域海表溫度呈現冷異常，而其西北部的副熱帶中部海區(150°W以西)則為暖異常，這種海溫異常的分布與PDO負位相一致；NPESTMW弱年，形成區內為冷異常、上游為暖異常，與PDO正位相一致。而在SPESTMW強弱年也呈現出與北半球類似的海溫異常分布。Hosoda等[7]的研究指出，在東部模態水形成海域，海表面密度的變化主要依賴于海表溫度的變化，該海域內有利于模態水形成的寬廣的核心密度露頭面積的成因主要是沿混合層內地轉流方向較弱的溫度梯度。根據圖6和7，NPESTMW強年形成區內低密度水體呈現冷異常導致密度變重，上游高密度的海水呈現暖異常導致密度變輕，因此減弱了沿地轉流的密度梯度，對模態水的形成起到了積極作用。而在NPESTMW弱年形成區內低密度水體為暖異常導致密度變輕，上游高密度海水為冷異常導致表面密度變重，沿地轉流方向的密度梯度增加，不利于模態水的形成。SPESTMW形成區附近強弱年的海溫異常分布具有相似的特征，即強年密度梯度減小有利于模態水的形成，弱年密度梯度增加不利于模態水的形成。

圖6 冬季海表面溫度在NPESTMW強年(a)，弱年的距平合成結果(b)以及氣候態平均海表溫度(c)(單位：℃)及混合層內地轉流的空間分布；冬季海表面熱通量在NPESTMW強年(d)，弱年的距平合成結果(e)以及氣候態平均熱通量(f)(單位：W·m-2)的空間分布以及冬季混合層深度在NPESTMW強年(g)，弱年的距平合成結果(h)以及氣候態平均混合層深度(i)(單位：m)的空間分布

Fig.6 Composite of SST anomaly in strong (a) and weak NPESTMW years (b) and climatological mean SST(c) (Units:℃) and velocity of boreal winter； Composite of heat flux anomaly in strong (d) and weak NPESTMW years (e) and climatological mean heatflux of boreal winter (f)(Units: W·m-2). Composite of mixed layer depth anomaly in strong (g) and weak NPESTMW years (h) and climatological mean mixed layer depth of boreal winter (i)(Units: m)

除表面浮力通量的影響外，風應力也可以通過混合層底的垂向速度對模態水的形成造成影響。通過風應力旋度計算得到艾克曼垂向速度(Ekman Pumping)的合成分析結果如圖8，在南太平洋SPESTMW形成海區，風應力對模態水年際變化作用明顯：強年風應力旋度增強，造成模態水形成區內混合層底的下沉速度增強，對模態水潛沉過程起到了積極貢獻，弱年風應力旋度及下沉速度減小，不利于模態水的潛沉。

圖7 冬季海表面溫度在SPESTMW強年(a)，弱年的距平合成結果(b)以及氣候態平均海面溫度(c)(單位： ℃)及混合層內地轉流的空間分布；冬季海表面熱通量在SPESTMW強年(d)，弱年的距平合成結果(e)以及氣候態平均熱通量(f)(單位：W·m-2)的空間分布。冬季混合層深度在SPESTMW強年(g)，弱年的距平合成結果(h)以及氣候態平均混合層深度(i)(單位：m)的空間分布

Fig.7 Composite of SST anomaly in (a) strong and (b) weak SPESTMW years and climatological mean SST (c) (Units:℃) and velocity field of austral winter；Composite of heat flux anomaly in strong(d) and weak SPESTMW years (e) and climatological mean heatflux of austral winter(f)(Units: W·m-2)； Composite of mixed layer depth anomaly in strong (g) and weak SPESTMW years(h) and climatological mean mixed layer depth of austral winter (i) (Units: m)

4 年代際變化

由于受到Argo數據的時間長度所限，本文運用OFES高分辨率海洋模式1950—2012年的結果，分別檢驗了南、北太平洋東部副熱帶模態水體積的年代際變化及其與太平洋年代際振蕩信號的關系。這里我們選用的是整個太平洋海盆尺度的年代際振蕩信號IPO(Interdecadal Pacific Oscillation)；與PDO指數根據北太平洋海溫異常計算的結果不同，IPO指數是根據整個太平洋的海溫異常計算而來，據此得到的IPO指數在南太平洋與東部副熱帶模態水體積之間的相關關系更為可靠。圖9是每年新生成的南、北太平洋東部副熱帶模態水體積的年代際變化及其與年平均IPO指數的相關關系。我們發現新生成的模態水體積與年平均IPO指數之間存在明顯的反相關關系，相關系數分別為北半球0.78和南半球0.59，置信度均超過了95%。兩種模態水體積正異常的年份發生于IPO負位相的1950—1980年，而1980年前后IPO位相轉正，此后的1980—2000年兩種模態水體積均表現為負異常。二者之間的關系可以通過IPO正負位相期間南、北太平洋東部副熱帶海區的海面熱通量和混合層深度的變化來解釋：IPO處于負位相時，冬季模態水形成區海洋釋放熱量更強、混合層深度加深，引起了潛沉作用的增強，最終導致了模態水形成的增多；而IPO處于正位相時，冬季模態水形成區釋放熱量減弱、混合層深度變淺，引起了潛沉過程的減弱，最終導致了新生成模態水體積的減少。

5 結論和討論

本文主要利用BOA-Argo觀測資料和Interim-era再分析資料對南北太平洋副熱帶東部模態水強度的年際變化進行了研究，結論如下：

(1)海表面浮力通量對NPESTMW和SPESTMW的形成以及年際變化有重要影響。冬季，太平洋東部副熱帶海表面向大氣釋放熱量，其中放熱最強的區域位于模態水密度露頭區之外靠近赤道的低密度海域。海洋表層的水體由于放熱失去浮力通量、密度增加，產生了向高密度的跨等密度面的體積通量(變性通量)，導致了等密度線向南移動。由于密度低于模態水密度的表層水團放熱最強，產生的變性通量最大，造成了混合層內與模態水密度(北半球24.8～25.2 kg·m-3，南半球25.2～25.6 kg·m-3)相當的水團體積增加，可能是NPESTMW和SPESTMW新生成水的重要來源。

圖8 北半球冬季平均艾克曼速度的空間分布(a)及其距平在強(c)NPESTMW年和弱(e)NPESTMW年的合成結果(單位：m·a-1)；南半球冬季平均艾克曼速度的空間分布(b)及其距平在強(d)NPESTMW年和弱(f)NPESTMW年的合成結果 Fig.8 Climatological mean Ekman pumping (Units: m·a-1)(a) and the composite of Ekmap pumping anomaly in strong (c) and weak (e) NPESTMW years; climatological mean Ekman pumping (b) and the composite of Ekmap pumping anomaly in strong (d) and weak (f) SPESTMW years

(2)NPESTMW和SPESTMW新生成水體積的年際變化與冬季海表面熱通量的強弱變化基本一致。模態水強年，海洋向大氣釋放熱量增強，核心密度內的表層水團形成增強，可能導致了冬季新生成模態水體積的增加；模態水弱年，海洋向大氣釋放熱量減少，表層水團形成減弱，可能導致了冬季新生成模態水體積的減少。NPESTMW和SPESTMW的體積變化在年代際尺度上與IPO存在反相關關系。對于SPESTMW，其強度的年際變化還受到了局地風應力的影響。

研究中發現，雖然格點化的argo觀測數據保留了中尺度渦的信號，但是由于其空間和時間分辨率都較低，不能很好地反映中尺度渦對模態水的影響，同時難以從更長時間尺度上對于模態水的年代際變化進行研究。在之后的工作中將增加對高分辨率海洋模式資料及海洋同化資料的分析，并對時間范圍進行延長，對年代際尺度上模態水的變化情況進行進一步分析，期待獲得更多更深入的研究成果。此外，本文利用Walin分析方法所探討的海表面浮力通量異常與太平洋東部副熱帶模態水形成及年際變化之間的聯系，需要通過進一步的數值實驗進行驗證。

圖9 1950—2012年OFES模式9年低通濾波的新生成北太平洋副熱帶模態水(a)，南太平洋東部副熱帶模態水體積距平(藍色柱狀圖)和IPO指數(紅色折線圖)的時間序列(b) Fig.9 Time series of newly formed NPESTMW volume (a) and SPESTMW volume (b) (blue bar) and annul-mean IPO index (red line) with nine years low-pass filter applied during 1950—2012