赤道西太平洋作为全球暖池核心区，其上层海洋湍流混合不仅是海气物质与能量交换的关键环节，更是维持温跃层结构、调控厄尔尼诺-南方涛动（El Niño-Southern Oscillation, ENSO）演变的核心过程。该海域作为ENSO事件的主要发源地，海洋动力状态存在显著年际变异，但由于缺乏直接的微结构湍流观测数据，目前学界对该区域湍流混合的认知多依赖细尺度参数化方法估算。然而，不同ENSO位相下上层海洋湍流混合的特征差异、其对混合层的调控机制仍未明确；同时，复杂水团结构、西边界流及（亚）中尺度涡旋的共同作用，进一步降低了参数化估算结果的代表性，给该区域湍流混合研究带来严峻挑战。基于此，本文依托2017年（拉尼娜期）与2018年（厄尔尼诺期）秋季，在赤道西太平洋130°E断面（2°N–12°N）获取的0–500 m高分辨率微结构剖面观测数据、同步水文观测数据，结合卫星高度计资料与数值模式数据，重点开展两方面研究：一是揭示不同ENSO状态下上层海洋湍流混合的年际变异特征，阐明其对混合层的调控作用及内在动力机制；二是系统评估GHP（Gregg-Henyey-Polzin）参数化方法、MG（Mackinnon-Gregg）法三种主流细尺度参数化方法在该海域的适用性及误差特征。

（1）赤道西太平洋混合层结构及湍流特征存在显著年际差异。观测结果表明，两个航次所捕捉的赤道西太平洋混合层结构存在显著年际差异：2018年厄尔尼诺暖位相期间，混合层平均深度为41.6 m，较2017年拉尼娜冷位相期间（71.7 m）显著变浅，降幅达41.9%。微结构观测显示，2018年混合层内平均湍动能耗散率显著增强，峰值可达6.21×10^-6 W/kg，较2017年提升约一个数量级，而层结强度较2017年显著减弱（减弱幅度约68.88%）。其动力调控机制主要表现为：2018年西风北扩至8°N附近且强度显著增强，叠加背景流场垂向剪切作用的强化，为湍流混合提供了充足的能量来源；同时，增强的埃克曼抽吸作用促使次表层冷水上翻，进一步削弱上层海洋静力层结，强化混合层卷夹作用，使得混合层热平衡机制由2017年的“平流–卷夹协同调节”转变为2018年的“卷夹主导调节”。该观测结论与传统认知中“赤道西太平洋湍流混合与ENSO呈反位相变化”的观点形成差异，揭示了该区域湍流混合对ENSO响应的特殊性。

（2）阐明了赤道太平洋混合特征对ENSO响应的地理位置依赖性。上述差异的核心机制在于，靠近西边界流区的赤道西太平洋上层海洋对ENSO的响应特征显著区别于其东侧大洋内区：与前人在156°E断面（靠近大洋内区）观测到的“厄尔尼诺期间湍流混合减弱”不同，130°E断面受西边界流控制，厄尔尼诺期间棉兰老涡强度显著增强，导致温跃层抬升异常强劲，显著削弱上层海洋静力稳定性，进而促进湍流混合增强；而156°E断面靠近大洋内区，赤道潜流发育充分，其强度变化通过调控流场剪切作用影响上层湍流混合，厄尔尼诺期间赤道潜流减弱，导致剪切诱发的湍流混合受到抑制。该结果表明，赤道西太平洋湍流混合对ENSO的响应具有显著的地理位置依赖性，不同区域背景环流结构的年际变异是导致湍流混合强度区域差异的关键因素。

（3）细尺度参数化方法在该海域的适用性存在显著差异。通过将三种细尺度参数化方法的估算结果与微结构观测数据进行对比验证，发现三者在该海域的适用性存在显著差异：MG法整体适用性最优，在两个年份中均表现出最高估算精度，尤其在2018年厄尔尼诺期，其估算误差总体控制在±0.5个数量级内，能够较好地再现湍动能耗散率的水平与垂向分布特征；GHP剪切法适用性次之，在温跃层以下区域表现出较强的估算稳定性；GHP应变法在两个年份中均存在系统性高估问题，估算值较观测值偏高7–16倍。此外，三种方法的评估效果存在明显年际差异，厄尔尼诺年估算结果与观测值的一致性整体优于拉尼娜年，这一差异主要与厄尔尼诺期间“强剪切、弱层结”更有利于剪切不稳定的背景环境更符合参数化方法的理论假设有关。

本研究从现场观测角度，明确了赤道西太平洋混合层动力过程对ENSO的响应特征及区域差异机制，评估了三种主流细尺度参数化方法在该海域的适用范围与误差特征，不仅为深化全球暖池区海气相互作用研究提供了可靠的现场观测依据，也为气候模式中该海域湍流混合过程的参数化方案改进提供了重要的理论与数据支撑。

第1章 绪论... 1

1.1 研究背景及意义... 1

1.1.1 赤道西太平洋在气候系统中的作用... 1

1.1.2 海洋湍流混合的基本理论与研究意义... 3

1.1.3 赤道西太平洋湍流混合研究的挑战与科学需求... 4

1.2 国内外研究现状... 5

1.2.1 赤道西太平洋湍流混合特征研究... 5

1.2.2 细尺度参数化方法及其在赤道海域的应用... 6

1.3 本文的科学问题及所做的工作... 8

1.3.1 本研究核心科学问题... 8

1.3.2 本研究的意义和科学价值... 8

1.3.3 本文的主要工作... 9

第2章 资料与方法... 10

2.1 数据资料... 10

2.1.1 现场航次观测资料... 10

2.1.2 模式数据、遥感数据与再分析数据... 11

2.2 研究方法... 13

2.2.1 湍动能耗散率和跨等密度面扩散系数的计算... 13

2.2.2 浮力频率、垂向剪切与理查森数的计算... 14

2.2.3 风应力与风应力旋度... 14

2.2.4 埃克曼抽吸速度... 14

2.2.5 混合层深度定义... 15

2.2.6 表面浮力通量... 15

2.2.7 混合层热收支... 15

2.2.8 细尺度参数化方法... 16

2.2.9 技术路线... 17

第3章 赤道西太平洋混合层湍流混合特征与机制... 19

3.1 130°E断面混合层水文背景场特征... 19

3.1.1 温盐断面特征... 19

3.1.2 混合层及温跃层的垂直结构特征... 21

3.2 130°E断面混合层内湍流混合特征分析... 24

3.2.1 混合层耗散率的空间分布及年际差异... 24

3.2.2 垂向剪切对混合的调制作用... 26

3.2.3 OFES模式与观测断面的动力背景对比与剪切场补充分析... 28

3.3 大气强迫与混合层热收支响应... 34

3.3.1 海气界面动力与热力强迫特征... 34

3.3.2 混合层热收支的定量诊断... 36

3.4 本章小结... 39

第4章 细尺度参数化方法在不同ENSO状态下的应用与评估... 41

4.1 观测断面水文要素特征... 41

4.1.1 温盐断面特征... 41

4.1.2 流速断面特征... 42

4.1.3 层结稳定性与流场剪切结构特征... 44

4.1.4 湍流混合特征... 45

4.2 细尺度参数化方法评估... 47

4.2.1 空间结构评估... 47

4.2.2 统计特征评估... 54

4.3 本章小结... 56

第5章 总结与展望... 58

5.1 主要结论... 58

5.2 创新点... 59

5.3 问题与展望... 59

参考文献... 61

致谢... 72

作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与其他相关学术成果... 73