全球海洋对吸收、存储和再分配热量以及人类活动所产生的二氧化碳等有重要的作用,但同时海洋的这种作用也存在很大的区域性差异。海洋在气候系统中的这种调节作用主要是通过将海表混合层水团输送到海洋内部的过程来完成的,这种将大气与海洋内部联系起来的过程即是所谓的海洋“通风”过程。海洋的通风过程,这里指表层海水携带其在海表与大气进行热量和气体交换后进人海洋内部的过程,具体包括海表水团从混合层进入海洋内部的速率、海洋内部水团在海表的源头、水团在海洋内部的传输路径以及在海洋内部传输所需的时间尺度。海洋通风主要包括上层温跃层的通风以及温跃层以下的深层海洋的通风,其分别是通过温跃层的潜沉过程和开阔海洋的深对流过程完成的。海洋通风过程与海洋水团的形成有着密切的关系,也是体现海洋对气候的调节作用的几个最为关键的过程之一。定量地评估气候信号从海表某个区域到海洋内部另一个区域所经过的传输路径以及所需的传输时间是评估海洋环流对区域和全球性气候变化影响的重要方面。　　本文利用一个全球的等密度面坐标模式(MICOM),将全球海洋划分为29个不同的区域,在模式中的每个分区分别添加一个氟氯烃示踪物（Chlorofluorocarbon,CFC-11）和一个理想示踪物以及“水龄”示踪物。并以北大西洋为例,通过这些多重的区域性CFC-11和理想示踪物定量化地研究了不同海域在年代时间尺度内对北大西洋水团通风的贡献;同时,藉由理想示踪物导出的水龄示踪物也评估了水团通风后在海洋内部传输的时间尺度。以此为基础,文中还讨论了大气强迫场和海洋内部动力过程对海洋中物理量的变率的不同作用,分析了通风水团所携带的大气异常信号在海洋内部的时空演变特征。针对2011年3月日本福岛核电站事故导致的突发性核泄漏事件,本文也利用了被动示踪物模拟的方法,在两种不同的和污染物排放情景下分别用不同时段的NCEP/NCAR大气通量作为强迫场得到了两组集合试验,并以此对核物质在北太平洋中的水平输送和垂直扩散特征作了分析与评估并讨论了北太平洋温跃层海洋通风过程在核物质输送中的作用。本文主要得到了以下三个方面的结论:　　一、北大西洋温跃层、中层和深层水团的通风过程　　模式模拟的副热带北大西洋CFC-11的垂直分布特征与观测结果有较好的一致性,尤其是上层0-800m范围。观测和模拟中均出现的副热带大西洋次表层CFC-11浓度大值的“夹层”结构（约250 m深度处）,主要是由西部和东部副极地大西洋水团通过潜沉过程生成并平流输送到副热带大西洋的,且副极地大西洋西部贡献约为56.0％,东部贡献约为15.7％。此外,模式模拟出了代表北大西洋深海边界流的“双流”系统（即上层北大西洋深层水以及下层北大西洋深层水）。作为北大西洋深层水的一个重要源头,拉布拉多水团向外部扩展主要有三条路径,其中的一支输送到北欧海且所需要的时间约为12年,然后在北欧海通过深对流过程通风形成深层水团后向南输送,经过约20年达到副热带北大西洋深层。　　二、通风水团所携带的气候异常信号在海洋内部的时间演变和空间传播特征　　海洋通风过程将海洋表层水团输送到海洋内部;海洋表层水团在与大气进行热量、淡水以及气体交换过程中所携带的气候异常信号也进入并保存在了海洋内部。海洋中各种示踪物（温度,盐度,CFC-11）所包含的异常信号随时间的演变由长期变化趋势和短期的变率两个部分组成;其中,温盐、等密度层厚度和被动示踪物等的大气源函数决定了其长期变化趋势,而海洋动力过程则决定了其短期的变率。通风水团的温盐、等密度层厚度以及被动示踪物等所携带的异常信号,在海洋内部的上下游传播过程中,保持了显著的相关关系。这些异常信号从副极地到副热带大西洋需要9.3-13.6年的时间,这一结果与水团年龄示踪物的结果相一致。　　三、北太平温跃层的通风过程及其对日本福岛核泄漏的输送的影响　　利用海洋模式中的被动示踪物,评估了日本福岛泄露核物质在海洋中可能的水平和垂直输送特征并讨论了北太平洋还洋通风过程在核物质输送中的作用。主要结果表明:日本核污染物传输路径首先主要向东,经5至6年到达东太平洋后,再向南向西扩散至西太平洋;可能在10年至15年左右影响到亚洲东部沿海海域,且海洋次表层的传输信号比表层信号早5年左右;在积分的20年里,排放的核废物主要滞留在北太平洋海域,垂直方向集中在海洋表层至600 m的深度,1000m以下信号很弱。　　本文研究表明,按照地理位置分布定义的实际的和理想化的示踪物可以作为定量地研究通风水团源头和扩散路径,以及评估环境污染物（如海洋中的核废料等）在海洋中的扩散路径和扩散时间的一个有效的工具。