熱帶印度洋—太平洋增暖對北半球冬季氣候年代際變化的影響

【摘要】：熱帶海表溫度(SST)異常是全球許多區(qū)域氣候異常的重要熱力強迫。觀測事實表明,1976／77年以來熱帶印度洋-熱帶太平洋表現(xiàn)為顯著的年代際增暖,認識這種增暖現(xiàn)象對北半球冬季大氣環(huán)流和氣候年代際變化的影響及其機理,對于理解和預測氣候年代際變化具有重要的科學意義。熱帶印-太海盆增暖對全球氣候年代際變化如何影響仍然是一個沒有很好解決的重要科學問題。本文通過利用ERA-40和NCEP再分析資料的診斷分析以及設計一系列大氣環(huán)流模式(CCM3/NCAR)數(shù)值試驗研究了熱帶印度洋-熱帶太平洋增暖對北半球冬季氣候年代際變化的影響及其機制,其中重點分析了熱帶印太海盆增暖對北半球冬季不同區(qū)域大氣環(huán)流年代際變化的影響、對青藏高原冬季積雪及東亞冬季降水的影響以及對北太平洋和北大西洋風暴軸年代際變化的影響等。得到主要結論如下： 一、1980年代以來,熱帶印度洋-太平洋增暖對北大西洋、北太平洋、歐洲、東亞、北美地區(qū)冬季氣候年代際變化影響的重要性明顯不同。其中,熱帶印度洋增暖可能是導致北大西洋濤動(NAO)正位相的年代際異常的重要原因；而熱帶中東太平洋增暖可能是影響北太平洋地區(qū)PNA異常型的重要原因；熱帶太平洋增暖和中緯度北太平洋SST負異常密切相關,兩者共同作用決定了北太平洋位勢高度場PNA型異常。 1976／77年北太平洋出現(xiàn)了一次顯著的年代際突變現(xiàn)象,在海洋方面,熱帶中東太平洋海表面溫度年代際異常增高,北太平洋中部異常變冷,北美沿岸和阿拉斯加灣SST增高；在大氣方面,北太平洋500hPa位勢高度場明顯降低,阿留申低壓異常加深、東移并偏南。伴隨著太平洋海表溫度上述年代際振蕩,熱帶印度洋也表現(xiàn)為顯著地年代際增暖。本文利用CCM3模式模擬了熱帶印度洋、太平洋海溫歷史變化對北半球大氣環(huán)流影響,數(shù)值試驗結果表明,熱帶印度洋、太平洋SST變化對北大西洋、北太平洋、歐洲、東亞、北美地區(qū)的冬季氣候影響的重要性明顯不同。熱帶印度洋增暖可能是影響北大西洋濤動(NAO)正位相異常的重要因子,而熱帶中東太平洋增暖不能導致NAO正位相的產生。由熱帶印度洋增暖引起一個緯向環(huán)繞中高緯度地區(qū)的位勢高度場異常,在北大西洋地區(qū)為NAO正位相異常,同時該NAO正位相一直延伸至歐洲地區(qū)。熱帶中東太平洋增暖可能是影響北太平洋地區(qū)PNA異常型的重要原因,而獨立的北太平洋SST年代際異常對北太平洋地區(qū)PNA影響并不顯著。熱帶印度洋增溫引起了北太平洋PNA負位相異常,同時伴隨著東亞急流的減弱。對于東亞地區(qū),熱帶印度洋、太平洋海溫變化對該地區(qū)氣候的年代際變化的影響同樣重要。對于加拿大和美國,熱帶印度洋增暖引起的NAO正位相以及由熱帶太平洋增暖引起的PNA正位相共同影響著該地區(qū)的環(huán)流形式。同時,北半球冬季大氣環(huán)流場的異常與低層水平風場和高空急流以及降水引起的潛熱釋放異常關系密切。 二、1980年代以來熱帶印度洋SST增加有利于青藏高原東南側的水汽輸送及該地區(qū)印緬槽的加深,是該時段高原雪深增加的重要影響因子；同時,熱帶印度洋SST增加有利于同時期中國南方地區(qū)冬季降水的增加。 1970s末到1990s青藏高原冬季積雪增加,同時期中國南方地區(qū)冬季降水增加?；跓釒в√Ｅ鑃ST年代際變化的觀測事實,利用CCM3/NCAR模式模擬研究了1950-1999年間熱帶印度洋-熱帶太平洋海域SST歷史變化對青藏高原冬季雪深以及中國南方地區(qū)冬季降水的影響。結果表明,當熱帶印度洋海溫增加時,孟加拉灣的南風異常加強,印緬槽加深。加深的印緬槽有利于北方冷空氣南下,來自青藏高原南部的南風異常有利于帶來更多的水汽供應。此外,東亞地區(qū)加強的上升運動也有利于青藏高原東部強降雪的產生,以及中國南方地區(qū)冬季降水的增加。因此,熱帶印度洋增暖可能是1980s以后青藏高原冬季雪深增加的一個重要原因。與熱帶印度洋SST增暖相比,熱帶西太平洋SST不利于青藏高原冬季積雪及中國南方冬季降水增加。 三、熱帶印度洋-西太平洋(IWP)增暖可能是1980s以來北大西洋風暴軸年代際異常的一個重要原因。 利用ERA40再分析資料分析表明：北大西洋風暴軸年代際變化表現(xiàn)為風暴軸氣候態(tài)軸線以北強度加強,以南強度減弱。給定一個理想化的熱帶印度洋-西太平洋(IWP)年代際異常,利用HadAM3/UKMO和GAMIL/IAP兩個大氣環(huán)流模式的模擬試驗表明,IWP增暖引起北大西洋地區(qū)位勢高度場出現(xiàn)NAO正位相異常,這樣的位勢高度場異常加強了急流軸北部的西風異常,以及低層大氣斜壓性的加強,因此該地區(qū)的天氣尺度活動更加活躍。然而對于北太平洋風暴軸的年代際異常,敏感試驗的結果與再分析資料結果相反。IWP增暖引起一個緯向環(huán)繞中高緯度地區(qū)的位勢高度場異常,表現(xiàn)在北太平洋地區(qū)為正的位勢高度場異常,這與再分析資料中北太平洋地區(qū)負的位勢高度場異常相反。IWP增暖后急流北部加強南部減弱,伴隨的低層大氣斜壓增長率也是北部加強南部減弱,因此天氣尺度活動北部活躍加強。而再分析資料中北太平洋地區(qū)風暴軸的年代際變化表現(xiàn)為風暴軸氣候態(tài)軸線以南強度加強,北部強度減弱。因此IWP增暖對北太平洋風暴軸年代際異常起著相反的作用。 【關鍵詞】：熱帶太平洋 熱帶印度洋 海表面溫度異常 年代際變化 青藏高原雪深 北半球風暴軸 大氣環(huán)流 數(shù)值試驗
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：P461.2
【目錄】：

• 摘要6-9
• Abstract9-13
• 第一章 緒論13-33
• 1.1 論文的研究意義13-14
• 1.2 國內外相關研究進展14-23
• 1.2.1 熱帶印度洋-太平洋海氣相互作用的研究現(xiàn)狀15-19
• 1.2.2 關于青藏高原積雪研究的進展19-22
• 1.2.3 北半球風暴軸的年代際異常的研究22-23
• 1.3 論文的研究內容23-25
• 1.3.1 擬解決的科學問題23-24
• 1.3.2 論文章節(jié)安排24-25
• 參考文獻25-33
• 第二章 熱帶印度洋-太平洋海表面溫度變率的主要模態(tài)33-43
• 2.1 引言33
• 2.2 使用數(shù)據(jù)和方法33-34
• 2.3 熱帶印度洋-太平洋SST年代際變化的主模態(tài)分析34-37
• 2.3.1 熱帶印度洋SST的年代際變化分析34-35
• 2.3.2 熱帶太平洋SST的年代際變化分析35-36
• 2.3.3 熱帶印度洋-太平洋SST的年代際變化分析36-37
• 2.4 熱帶印太海盆SST年際變化主模態(tài)分析37-39
• 2.4.1 熱帶印度洋SST的年際變化分析37-38
• 2.4.2 熱帶太平洋SST的年際變化分析38-39
• 2.4.3 熱帶印度洋-太平洋SST的年際變化分析39
• 2.5 本章小結39-40
• 參考文獻40-43
• 第三章 北半球冬季大氣環(huán)流對熱帶印度洋-太平洋SST歷史變化的響應43-63
• 3.1 引言43-44
• 3.2 模式介紹和試驗設計44-46
• 3.3 北半球大氣環(huán)流的年代際變化特征46
• 3.4 熱帶印度洋-太平洋SST變化對北半球冬季大氣環(huán)流的影響46-58
• 3.5 本章小結58-59
• 參考文獻59-63
• 第四章 熱帶印太海盆增暖對青藏高原冬季積雪及其周邊地區(qū)的影響63-97
• 4.1 引言63-65
• 4.2 模式介紹和試驗設計65-67
• 4.3 青藏高原冬季雪深、中國南方地區(qū)冬季降水的年代際變化特征67-70
• 4.4 數(shù)值試驗結果分析70-90
• 4.4.1 CCM3模式結果分析70-86
• 4.4.2 HadAM3模式結果分析86-90
• 4.5 本章小結90-92
• 參考文獻92-97
• 第五章 北半球風暴軸的季節(jié)演變與變異特征97-115
• 5.1 引言97-98
• 5.2 使用數(shù)據(jù)和方法98
• 5.3 風暴軸概述98-103
• 5.3.1 風暴軸的季節(jié)演變特征98-101
• 5.3.2 NCEP和ERA_40兩套再分析資料的對比101-103
• 5.4 1976/77年前后,北半球風暴軸的年代際變化特征103-106
• 5.5 厄爾尼諾與拉尼娜對北半球風暴軸的影響106-111
• 5.6 本章小結111-112
• 參考文獻112-115
• 第六章 熱帶印度洋-西太平洋增暖對北半球風暴軸影響的數(shù)值模擬115-137
• 6.1 引言115-116
• 6.2 模式介紹和試驗設計116-118
• 6.3 模式對風暴軸模擬的評估118-124
• 6.4 印度洋-西太平洋增溫對北半球風暴軸的影響124-128
• 6.5 本章小結128-130
• 參考文獻130-137
• 第七章 結論與討論137-142
• 7.1 全文總結137-140
• 7.2 本文的創(chuàng)新點140-141
• 7.3 問題與展望141-142
• 致謝142-143
• 附錄發(fā)表文章情況和會議報告143-145

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