厄爾尼諾-南方濤動(ENSO)是熱帶太平洋大尺度海氣耦合作用的主要模態(tài),其對全球氣候異常有著極其重要的影響。研究證據(jù)表明,熱帶太平洋存在兩種不同類型且相對獨立的ENSO事件,即以熱帶東太平洋海表面溫度(SST)異常為主的東部(Eastern-Pacific, EP)型ENSO和以熱帶中太平洋SST異常增暖(變冷),熱帶西太平洋和熱帶東太平洋SST變冷(增暖)的中部(Central-Pacific, CP)型ENSO。本論文以EP和CP型ENSO為研究核心,從海洋和大氣多個角度深入分析兩類ENSO的海氣耦合模態(tài)和周期變化等主要特征,重點探討EP和CP型ENSO事件分別對熱帶大氣響應(yīng)和東亞氣候異常的關(guān)聯(lián),并利用國際耦合模式比較計劃5(CMIP5)發(fā)布的多情景下全球氣候系統(tǒng)模式模擬結(jié)果,通過對EP型和CP型ENSO模擬能力的評估,試圖揭示兩種類型ENSO自然振蕩屬性及其未來對全球氣候變化的可能響應(yīng)。主要結(jié)論概括如下： (1)東部型和中部型ENSO事件分別表現(xiàn)出顯著的年際尺度(2-7年)和年代際尺度(10-15年)周期變化特征,并以緯向偶極型和三極型模態(tài)于熱帶太平洋SST和次表層海溫(SOT)場之間相互耦合。當(dāng)CP型ENSO處于成熟位相時,暖SOT異常中心位于日界線(180°)以西地區(qū),其可能導(dǎo)致Nino4區(qū)的SOT增溫,同時引起熱帶中太平洋SST增暖。根據(jù)SVD分析結(jié)果中SOT場的第一和第三模態(tài)所對應(yīng)的時間系數(shù)定義為東部型次表層指數(shù)和中部型次表層指數(shù),該指標(biāo)不僅與其它學(xué)者定義的兩類ENSO指數(shù)具有較高的相關(guān)性,而且它們具備良好地描述和區(qū)分EP型和CP型的ENSO事件的能力。此外,20世紀(jì)80年代后SOT在年代際時間尺度上振幅明顯增強(qiáng)這一事實說明,CP型ENSO事件的頻率和強(qiáng)度均呈現(xiàn)出上升趨勢,且在過去30年里CP型ENSO事件明顯加強(qiáng)了對全球氣候的影響。 (2)EP型和CP型El Nino對熱帶緯向和垂直環(huán)流的響應(yīng)存在顯著差異,根據(jù)熱帶地區(qū)海氣耦合關(guān)系重新定義EP型和CP型SO指數(shù)。EP-SO和CP-SO分別與EP型和CP型El Nino模態(tài)相互耦合,并呈現(xiàn)出年際(2-7年)和年代際(10-15年)的周期振蕩特征。兩種不同類型SO指數(shù)還將有效地描述熱帶地區(qū)不同的海氣耦合作用：當(dāng)EP-ElNino事件發(fā)生時,熱帶太平洋Walker環(huán)流異常表現(xiàn)為大尺度偶極型單圈環(huán)流結(jié)構(gòu)；當(dāng)CP-E1Nino事件發(fā)生時,Walker環(huán)流異常呈現(xiàn)出緯向三極型雙圈環(huán)流結(jié)構(gòu)。此外,EP型和CP型SO事件與中國冬春季節(jié)降水的關(guān)系在全國范圍均呈現(xiàn)相反特征,而兩類SO事件與中國夏秋季節(jié)的降水呈相反特征的地區(qū)卻分別只集中于長江中下游地區(qū)和華南地區(qū)。以中國南方冬季降水為例,EP型ENSO往往造成我國南方冬季降水偏多,而CP型ENSO時,南方降水異常偏少,這種相反關(guān)系主要體現(xiàn)于年際變化尺度上,同時造成冬季降水異常顯著差異的主要原因是西北太平洋異常反氣旋環(huán)流差異。因此,進(jìn)行預(yù)測東亞季風(fēng)區(qū)季節(jié)性降水時必須考慮兩類ENSO與我國降水之間關(guān)聯(lián)的差異性。 (3)通過評估CMIP5發(fā)布的20個氣候模式在工業(yè)革命前(Pre-industrial)控制實驗中模擬EP型和CP型ENSO耦合模態(tài)的能力發(fā)現(xiàn),當(dāng)前氣候系統(tǒng)模式對熱帶太平洋SST年際變率的模擬能力強(qiáng)于年代際變率,且氣候系統(tǒng)模式模擬EP-ENSO的能力相對強(qiáng)于CP-ENSO。所有CMIP5氣候模式能夠模擬出EP型ENSO的耦合模態(tài),但僅12個模式能夠真實反映CP型ENSO的耦合模態(tài)。基于這12個氣候模式集合結(jié)果發(fā)現(xiàn),EP型ENSO模態(tài)主要表現(xiàn)出顯著的年際變率,而CP型ENSO模態(tài)主要表現(xiàn)為多年代際振蕩。由于Pre-industrial控制實驗僅僅考慮自然因子,因此,CP-ENSO的多年代際周期振蕩和EP-ENSO的年際變化特征均屬于氣候系統(tǒng)中自然變率的結(jié)果。 (4)CMIP5氣候系統(tǒng)模式對兩類ENSO的空間耦合模態(tài)和周期變化等主要特性具有較好的歷史再現(xiàn)能力,即EP-ENSO呈現(xiàn)為緯向偶極型海氣耦合模態(tài),并以年際尺度振蕩為主要特征,而CP-ENSO呈現(xiàn)為緯向三極型海氣耦合模態(tài)分布,并主要以年代際尺度變化為特征,同時可以反映CP型El Nino事件發(fā)生頻率增多和強(qiáng)度增強(qiáng)的趨勢。21世紀(jì)在未來全球變暖背景下,熱帶太平洋EP型和CP型ENSO的空間耦合模態(tài)和周期變化等主要特性仍將維持,它們的模態(tài)強(qiáng)度較歷史模擬結(jié)果有所增強(qiáng),而且未來EP型和CP型El Nino事件亦呈現(xiàn)頻率增多和強(qiáng)度增強(qiáng)的趨勢。此外,造成熱帶太平洋SST長期趨勢變化的主要原因是外源強(qiáng)迫因子的作用,CP型ENSO的年代際周期變化不僅是氣候系統(tǒng)中的自然振蕩,而且人為溫室氣體強(qiáng)迫對CP-ENSO年代際周期變化的影響并不顯著。
【學(xué)位單位】：南京信息工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2013
【中圖分類】：P732;P426.6
【文章目錄】：
目錄
中文摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 研究回顧與進(jìn)展
        1.2.1 東部和中部型ENSO現(xiàn)象的基本認(rèn)識
        1.2.2 東部和中部型ENSO指數(shù)的多樣性
        1.2.3 東部和中部型ENSO周期變化及其非對稱性研究
        1.2.4 東部和中部型ENSO形成機(jī)理的研究
        1.2.5 東部和中部型ENSO對氣候的影響
        1.2.6 東部和中部型ENSO的數(shù)值模擬研究
    1.3 擬解決的科學(xué)問題
    1.4 論文章節(jié)安排
第二章 熱帶太平洋次表層海溫的主要模態(tài)與兩類ENSO事件的關(guān)聯(lián)
    2.1 引言
    2.2 資料與方法
    2.3 熱帶太平洋各區(qū)海溫周期變化特征
    2.4 熱帶太平洋SST與次表層海溫之間的耦合模態(tài)
    2.5 熱帶太平洋次表層海溫變化與兩類ENSO事件的關(guān)聯(lián)
        2.5.1 基于表層和次表層海溫耦合模態(tài)定義的兩類ENSO指數(shù)
        2.5.2 新指數(shù)對兩類ENSO的表征能力
    2.6 本章小結(jié)與討論
第三章 東部和中部型El Nino事件的大氣響應(yīng)和差異
    3.1 引言
    3.2 資料和方法
        3.2.1 資料
        3.2.2 方法
    3.3 反映東部和中部型El Nino變化的新南方濤動指數(shù)
    3.4 東部和中部型南方濤動指數(shù)的時間變化特征
    3.5 東部和中部型南方濤動對應(yīng)的Walker環(huán)流差異
    3.6 全球陸地降水對東部和中部型ENSO事件之間的關(guān)聯(lián)
        3.6.1 對全球年平均陸地降水的影響
        3.6.2 與中國不同季節(jié)降水之間的統(tǒng)計關(guān)系
    3.7 本章小結(jié)與討論
第四章 東部和中部型ENSO對中國南方冬季降水的影響機(jī)理
    4.1 引言
    4.2 資料和方法
    4.3 中國南方冬季降水變化與兩類ENSO模態(tài)的關(guān)聯(lián)
        4.3.1 中國南方冬季降水變化特征
        4.3.2 中國南方冬季降水與兩類ENSO模態(tài)的顯著關(guān)系
        4.3.3 中國南方冬季降水與兩類南方濤動的時-頻變化特征
    4.4 東部和中部型ENSO海-氣耦合模態(tài)差異
    4.5 東部和中部型ENSO對中國南方冬季降水可能影響機(jī)理
    4.6 本章小結(jié)與討論
第五章 兩類ENSO模態(tài)的自然振蕩特征——基于CMIP5控制實驗分析結(jié)果
    5.1 引言
    5.2 資料和方法
        5.2.1 模式資料
        5.2.2 觀測資料
    5.3 熱帶太平洋SST變化特征
    5.4 CMIP5控制實驗中的東部和中部型ENSO耦合模態(tài)特征
    5.5 本章小結(jié)與討論
第六章 氣候系統(tǒng)模式對東部和中部型ENSO變化的模擬和未來預(yù)估
    6.1 引言
    6.2 模式資料與方法
    6.3 模式對東部和中部型ENSO模擬能力的評估
        6.3.1 東部和中部型ENSO的歷史模擬
        6.3.2 東部和中部型ENSO的強(qiáng)度和周期變化模擬
    6.4 模式對東部和中部型ENSO變化的未來預(yù)估
    6.5 本章小結(jié)與討論
第七章 總結(jié)與展望
    7.1 本文主要結(jié)論
    7.2 本文特色與創(chuàng)新點
    7.3 討論與展望
參考文獻(xiàn)
附錄
致謝

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 孟文,吳國雄;赤道印度洋—太平洋地區(qū)海氣系統(tǒng)的齒輪式耦合和ENSO事件 II.數(shù)值模擬[J];大氣科學(xué);2000年01期

2 吳國雄,孟文;赤道印度洋—太平洋地區(qū)海氣系統(tǒng)的齒輪式耦合和ENSO事件 I.資料分析[J];大氣科學(xué);1998年04期

3 黃榮輝,徐予紅,周連童;我國夏季降水的年代際變化及華北干旱化趨勢[J];高原氣象;1999年04期

本文編號：2834064