本文關(guān)鍵詞：全球變暖背景下熱帶太平洋的響應(yīng)及其機(jī)制

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【摘要】：觀測(cè)、再分析和模式資料均證實(shí)，從19世紀(jì)末開始全球氣候逐漸增暖，并在世界范圍內(nèi)產(chǎn)生重要影響。熱帶太平洋是熱帶海洋中面積最寬廣、海-氣耦合現(xiàn)象最顯著的區(qū)域，研究熱帶太平洋對(duì)全球變暖的響應(yīng)，不僅有助于加深對(duì)熱帶太平洋海-氣耦合物理過程的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也是評(píng)估和理解全球變暖對(duì)氣候影響的重要環(huán)節(jié)。本文利用全球海氣耦合模式CAM3.1-1.5RGO，從平均態(tài)（SST）、變率（ENSO）和遙相關(guān)（熱帶北大西洋的作用）三個(gè)方面詳細(xì)探討了全球變暖對(duì)熱帶太平洋的影響。 平均態(tài)方面，，解決了模式中關(guān)于熱帶太平洋SST平均態(tài)響應(yīng)類型的爭(zhēng)議。研究表明，熱帶太平洋在CO2加倍的場(chǎng)景（全球變暖場(chǎng)景）下呈現(xiàn)出明顯的類厄爾尼諾型（El Ni o-like）增暖。利用混合層的熱收支、熱通量項(xiàng)的分解、潛熱項(xiàng)的分解等分析方法，研究發(fā)現(xiàn)該響應(yīng)反映出海洋對(duì)于大氣沃克環(huán)流減弱的調(diào)整。其中，在熱帶西太平洋，大氣的熱通量項(xiàng)起到主要的加熱效果，且大部分被海洋層結(jié)加強(qiáng)引起的垂向卷夾冷卻所抵消；而在熱帶中、東太平洋，海洋的水平輸運(yùn)、長波輻射和潛熱通量是主要的加熱項(xiàng)，相對(duì)的，垂向卷夾、短波輻射和水平耗散項(xiàng)起到冷卻效果。該結(jié)論（類厄爾尼諾型增暖）與CZ耦合模式的結(jié)論（類拉尼娜型增暖）完全相反，經(jīng)過對(duì)比研究表明，二者最核心的差異在大氣部分，尤其是大氣的熱通量和云物理過程。因此在模式的模擬中，大氣部分將對(duì)熱帶太平洋SST平均態(tài)的變化起到主導(dǎo)作用，一旦大氣部分（尤其是云物理過程和輻射通量）可以模擬的較好，就會(huì)出現(xiàn)類厄爾尼諾型增暖。 變率方面，詳細(xì)闡述了厄爾尼諾事件中SSTA的傳播方向和極端厄爾尼諾事件在全球變暖背景下的變化及其機(jī)制。通過不同CO2濃度的三組數(shù)值實(shí)驗(yàn)（CTRL、2CO2、4CO2）研究表明，熱帶太平洋背景場(chǎng)的變化會(huì)導(dǎo)致ENSO事件一系列統(tǒng)計(jì)特征的變化。在CO2濃度更高的場(chǎng)景下，首先，ENSO逐漸向更長的周期偏轉(zhuǎn)且振幅有所減弱。借助BJ index分析表明，該現(xiàn)象起源于赤道太平洋海-氣耦合系統(tǒng)抑制效果的增長（平均水平輸運(yùn)+熱力抑制+海洋調(diào)整抑制）超過了促進(jìn)效果的增長（緯向平流反饋+溫躍層反饋+Ekman反饋）。其次，隨著CO2濃度的增高，厄爾尼諾事件中SST異常的傳播方向更多的表現(xiàn)為向東傳播。根據(jù)熱收支分析和BJ index研究發(fā)現(xiàn)，溫躍層反饋主導(dǎo)SST異常的向東傳播，緯向平流反饋主導(dǎo)SST異常的向西傳播，Ekman反饋?zhàn)鳛榻Y(jié)果項(xiàng)，與SST異常的傳播方向一致。而在全球變暖的背景下，主導(dǎo)東傳的溫躍層反饋所占的比重不斷增大，主導(dǎo)西傳的緯向平流反饋不斷減小，造成東傳事件增多。相關(guān)分析表明，以上各反饋過程的變化均可以歸結(jié)到背景場(chǎng)平均態(tài)的變化上，即背景流場(chǎng)和風(fēng)場(chǎng)的減弱，是東傳事件增多的根本原因。第三，在CO2濃度更高的場(chǎng)景下，極端厄爾尼諾事件更多。該現(xiàn)象與赤道太平洋背景SST的緯向梯度、經(jīng)向梯度減弱，ITCZ南移以及大氣對(duì)于海洋加熱強(qiáng)迫更加敏感有關(guān)。此外，ENSO振幅的減弱與極端厄爾尼諾事件的增多共同表明，在全球變暖的背景下，較小的SST異常就足以引起較強(qiáng)的厄爾尼諾事件，產(chǎn)生更大的氣候影響。 遙相關(guān)方面，揭示了全球變暖背景下熱帶北大西洋對(duì)熱帶太平洋影響的變化及其機(jī)制。利用不同CO2濃度場(chǎng)景下（CTRL、2CO2、4CO2）的集合實(shí)驗(yàn)研究表明，熱帶北大西洋1月份的增暖會(huì)在接下來的秋、冬季誘導(dǎo)出熱帶太平洋的類拉尼娜型響應(yīng)，且該響應(yīng)在全球變暖的背景下有所減弱。其機(jī)制如下：隨著CO2濃度的增高，春季熱帶東太平洋形成的SST偶極子（北暖南冷）無論在強(qiáng)度還是形狀上均與變暖前差異不大。但在隨后的夏季中，由于ITCZ更加偏向于赤道，限制了東南風(fēng)異常的向北擴(kuò)展以及海洋的動(dòng)力過程，導(dǎo)致SST的冷異常減弱。而夏季作為整個(gè)類拉尼娜型海溫響應(yīng)的起點(diǎn)，變?nèi)醯腟ST冷異常意味著變?nèi)醯腟ST緯向梯度和Bjerknes正反饋過程，導(dǎo)致秋季SST冷異常的增長強(qiáng)度變小。與之相應(yīng)的，SST冷異常西側(cè)的東風(fēng)異常減弱，造成垂向流的變化減弱，疊加在背景的垂向溫度梯度上，形成減弱的垂向?qū)α鬏斶\(yùn)，一方面限制了SST冷異常的向西擴(kuò)展，另一方面也減弱了冬季SST冷異常的最大值。同時(shí)，背景SST緯向梯度的減弱造成異常緯向流對(duì)平均溫度的輸運(yùn)減弱，以及背景經(jīng)向流、經(jīng)向溫度梯度變化的減弱造成的平均經(jīng)向流對(duì)溫度變化的輸運(yùn)減弱，分別也在阻礙SST冷異常向西擴(kuò)展和SST冷異常局地增強(qiáng)中起到重要作用。
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：P732

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1305739