熱帶印度洋—太平洋增暖對(duì)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(qiáng)迫。觀測(cè)事實(shí)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(rèn)識(shí)這種增暖現(xiàn)象對(duì)北半球冬季大氣環(huán)流和氣候年代際變化的影響及其機(jī)理,對(duì)于理解和預(yù)測(cè)氣候年代際變化具有重要的科學(xué)意義。熱帶印-太海盆增暖對(duì)全球氣候年代際變化如何影響仍然是一個(gè)沒有很好解決的重要科學(xué)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(shè)計(jì)一系列大氣環(huán)流模式(CCM3/NCAR)數(shù)值試驗(yàn)研究了熱帶印度洋-熱帶太平洋增暖對(duì)北半球冬季氣候年代際變化的影響及其機(jī)制,其中重點(diǎn)分析了熱帶印太海盆增暖對(duì)北半球冬季不同區(qū)域大氣環(huán)流年代際變化的影響、對(duì)青藏高原冬季積雪及東亞冬季降水的影響以及對(duì)北太平洋和北大西洋風(fēng)暴軸年代際變化的影響等。得到主要結(jié)論如下： 一、1980年代以來,熱帶印度洋-太平洋增暖對(duì)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(dǎo)致北大西洋濤動(dòng)(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(fù)異常密切相關(guān),兩者共同作用決定了北太平洋位勢(shì)高度場(chǎng)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(shì)高度場(chǎng)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(duì)北半球大氣環(huán)流影響,數(shù)值試驗(yàn)結(jié)果表明,熱帶印度洋、太平洋SST變化對(duì)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(dòng)(NAO)正位相異常的重要因子,而熱帶中東太平洋增暖不能導(dǎo)致NAO正位相的產(chǎn)生。由熱帶印度洋增暖引起一個(gè)緯向環(huán)繞中高緯度地區(qū)的位勢(shì)高度場(chǎng)異常,在北大西洋地區(qū)為NAO正位相異常,同時(shí)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(dú)立的北太平洋SST年代際異常對(duì)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(fù)位相異常,同時(shí)伴隨著東亞急流的減弱。對(duì)于東亞地區(qū),熱帶印度洋、太平洋海溫變化對(duì)該地區(qū)氣候的年代際變化的影響同樣重要。對(duì)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(shí),北半球冬季大氣環(huán)流場(chǎng)的異常與低層水平風(fēng)場(chǎng)和高空急流以及降水引起的潛熱釋放異常關(guān)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(cè)的水汽輸送及該地區(qū)印緬槽的加深,是該時(shí)段高原雪深增加的重要影響因子；同時(shí),熱帶印度洋SST增加有利于同時(shí)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(shí)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(cè)事實(shí),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(duì)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(jié)果表明,當(dāng)熱帶印度洋海溫增加時(shí),孟加拉灣的南風(fēng)異常加強(qiáng),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(fēng)異常有利于帶來更多的水汽供應(yīng)。此外,東亞地區(qū)加強(qiáng)的上升運(yùn)動(dòng)也有利于青藏高原東部強(qiáng)降雪的產(chǎn)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(gè)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(fēng)暴軸年代際異常的一個(gè)重要原因。 利用ERA40再分析資料分析表明：北大西洋風(fēng)暴軸年代際變化表現(xiàn)為風(fēng)暴軸氣候態(tài)軸線以北強(qiáng)度加強(qiáng),以南強(qiáng)度減弱。給定一個(gè)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(gè)大氣環(huán)流模式的模擬試驗(yàn)表明,IWP增暖引起北大西洋地區(qū)位勢(shì)高度場(chǎng)出現(xiàn)NAO正位相異常,這樣的位勢(shì)高度場(chǎng)異常加強(qiáng)了急流軸北部的西風(fēng)異常,以及低層大氣斜壓性的加強(qiáng),因此該地區(qū)的天氣尺度活動(dòng)更加活躍。然而對(duì)于北太平洋風(fēng)暴軸的年代際異常,敏感試驗(yàn)的結(jié)果與再分析資料結(jié)果相反。IWP增暖引起一個(gè)緯向環(huán)繞中高緯度地區(qū)的位勢(shì)高度場(chǎng)異常,表現(xiàn)在北太平洋地區(qū)為正的位勢(shì)高度場(chǎng)異常,這與再分析資料中北太平洋地區(qū)負(fù)的位勢(shì)高度場(chǎng)異常相反。IWP增暖后急流北部加強(qiáng)南部減弱,伴隨的低層大氣斜壓增長率也是北部加強(qiáng)南部減弱,因此天氣尺度活動(dòng)北部活躍加強(qiáng)。而再分析資料中北太平洋地區(qū)風(fēng)暴軸的年代際變化表現(xiàn)為風(fēng)暴軸氣候態(tài)軸線以南強(qiáng)度加強(qiáng),北部強(qiáng)度減弱。因此IWP增暖對(duì)北太平洋風(fēng)暴軸年代際異常起著相反的作用。 【關(guān)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(fēng)暴軸 大氣環(huán)流 數(shù)值試驗(yàn)
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：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(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)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(guān)于青藏高原積雪研究的進(jìn)展19-22
• 1.2.3 北半球風(fēng)暴軸的年代際異常的研究22-23
• 1.3 論文的研究內(nèi)容23-25
• 1.3.1 擬解決的科學(xué)問題23-24
• 1.3.2 論文章節(jié)安排24-25
• 參考文獻(xiàn)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(jié)39-40
• 參考文獻(xiàn)40-43
• 第三章 北半球冬季大氣環(huán)流對(duì)熱帶印度洋-太平洋SST歷史變化的響應(yīng)43-63
• 3.1 引言43-44
• 3.2 模式介紹和試驗(yàn)設(shè)計(jì)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(duì)北半球冬季大氣環(huán)流的影響46-58
• 3.5 本章小結(jié)58-59
• 參考文獻(xiàn)59-63
• 第四章 熱帶印太海盆增暖對(duì)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(yàn)設(shè)計(jì)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(yàn)結(jié)果分析70-90
• 4.4.1 CCM3模式結(jié)果分析70-86
• 4.4.2 HadAM3模式結(jié)果分析86-90
• 4.5 本章小結(jié)90-92
• 參考文獻(xiàn)92-97
• 第五章 北半球風(fēng)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(fēng)暴軸概述98-103
• 5.3.1 風(fēng)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(duì)比101-103
• 5.4 1976/77年前后,北半球風(fēng)暴軸的年代際變化特征103-106
• 5.5 厄爾尼諾與拉尼娜對(duì)北半球風(fēng)暴軸的影響106-111
• 5.6 本章小結(jié)111-112
• 參考文獻(xiàn)112-115
• 第六章 熱帶印度洋-西太平洋增暖對(duì)北半球風(fēng)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(yàn)設(shè)計(jì)116-118
• 6.3 模式對(duì)風(fēng)暴軸模擬的評(píng)估118-124
• 6.4 印度洋-西太平洋增溫對(duì)北半球風(fēng)暴軸的影響124-128
• 6.5 本章小結(jié)128-130
• 參考文獻(xiàn)130-137
• 第七章 結(jié)論與討論137-142
• 7.1 全文總結(jié)137-140
• 7.2 本文的創(chuàng)新點(diǎn)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(huì)議報(bào)告143-145

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