平流層中大尺度經向環(huán)流Brewer-Dobson環(huán)流（BD環(huán)流）在平流層對流層相互作用以及物質能量交換中扮演著非常重要的角色,其變化也與諸多平流層和對流層過程存在聯系,且對對流層天氣氣候有不可忽視的影響。本論文利用多種再分析資料和模式資料,首先分別研究了平流層經向環(huán)流和對流層經向環(huán)流的變化特征及其影響因子,然后分析了平流層經向環(huán)流和對流層經向環(huán)流之間的協同變化及其聯系,最后討論了平流層BD環(huán)流影響地面氣壓的一種可能機制。論文的主要結論如下:（1）首先利用兩種再分析資料和兩個CMIP6模式的模擬資料,對比了歷史和未來不同場景下的中下平流層BD環(huán)流上升支寬度和強度的變化趨勢。結果表明,在本文研究的歷史時段（1979–2014年）幾種資料的結果一致表明BD環(huán)流強度存在增強的趨勢,上升支寬度在下平流層（50 hPa以下）變得更窄,在平流層中部（30 hPa–10 hPa）變得更寬。氣候模式模擬試驗中溫室氣體增加是造成模式模擬的BD環(huán)流強度和寬度變化的主要原因。在RCP8.5情景下（2015–2100年）,兩個模式模擬的未來BD環(huán)流寬度在下平流層一致變窄,在中平流層趨勢相反,行星波活動趨勢的差異... 

【文章來源】：蘭州大學甘肅省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數】：117 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

979年-2015年平流層BD環(huán)流速度氣候態(tài)分布，從上至下分別為年平均、DJF季節(jié)平均和JJA季節(jié)平均

蘭州大學博士研究生學位論文平流層經向環(huán)流變化與對流層天氣氣候變化的相互影響和聯系29BD環(huán)流速度隨高度的分布（圖3.1e–l）可見，隨高度升高，上升支向夏季半球的移動變得更加明顯。CanESM5模式中BD環(huán)流在高層模擬的不足也更加明顯，再分析資料的結果顯示，中上平流層的BD環(huán)流上升區(qū)域幾乎覆蓋了整個夏季半球，CanESM5模式中上升區(qū)域明顯偏窄。圖3.21979-2014年氣候平均平流層70hPaBD環(huán)流垂直速度的季節(jié)變化。從左至右分別來自ERA-Interim資料、JRA-55資料、CanESM5模式和CESM2-WACCM模式歷史模擬結果3.3.2BD環(huán)流的變化趨勢圖3.3直觀的給出了垂直方向各個高度BD環(huán)流轉向緯度隨高度的變化趨勢。在歷史時段，再分析資料的寬度趨勢存在很大不確定性，兩資料的結果沒有一致的特征。CanESM5模式自然強迫的試驗結果在各個高度層趨勢接近于零，而歷史模擬和溫室氣體強迫的試驗顯示出一致的低層變窄，高層變寬的趨勢，這種趨勢在南北半球均有體現。CESM2-WACCM模式歷史模擬的結果，顯示出統計上不顯著的低層變寬、高層變窄的趨勢。對比不同強迫的CanESM5歷史模擬結果可見，僅有自然變率的模式結果中寬度的變化趨勢不明顯，溫室氣體排放造成了模式模擬中BD環(huán)流的低層變窄高層變寬，這種趨勢接近歷史模擬結果中的寬度趨勢，表明溫室氣體排放在歷史時段中BD環(huán)流的寬度的變化中起著重要作用。在未來時段，RCP2.6情景下的寬度趨勢接近于零，其他三種情景下，CESM2-WACCM模式結果仍然顯示出低層變窄寬、高層變寬的趨勢，而CanESM5模式在低層和高層均顯示出變窄趨勢，70hPa平流層BD環(huán)流上升支的變窄趨勢在兩個模式各試驗結果中均最強。熱帶上升質量通量通常被用作衡量平流層BD環(huán)流強度的指標，對它的計算為某個高度的熱帶范圍內向上的物質通量之和，一般?

蘭州大學博士研究生學位論文平流層經向環(huán)流變化與對流層天氣氣候變化的相互影響和聯系31時段BD環(huán)流的增強中起著重要作用。對比過去和未來的BD環(huán)流強度的趨勢可見，未來BD環(huán)流的增強趨勢明顯強于歷史時段的增強。對比固定范圍和變化范圍的上升支強度可見，盡管BD環(huán)流上升支范圍有變窄的趨勢，但根據變化的轉向緯度計算的向上物質通量的增加趨勢大于固定范圍的結果。圖3.4（上）1979–2014年和（下）2015–2100年平流層BD環(huán)流上升支質量通量趨勢隨高度的分布，由左至右分別為在固定范圍內（30S-30N）積分的結果和在變化的轉向緯度范圍內積分的結果。圖中各線條的含義同圖3.3。*表示趨勢通過95%顯著性的學生t檢驗圖3.5給出了南北半球各個高度向下質量通量的趨勢，可見隨著上升支的增強，南北半球中高緯度向下質量通量也均有增強趨勢，在低平流層增強趨勢最大。對比南北半球的結果可見，在歷史時段，北半球下沉支的增強大于南半球下沉支的增強。在未來時段，CESM2-WACCM模式同樣顯示出北半球下沉增強大于南半球的增強，而CanESM5模式的模擬結果中北半球低層的下沉支增強較弱。

【參考文獻】：
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