北太平洋局地海洋—大气相互作用主模态的比较研究

【摘要】： 北太平洋海气相互作用在全球气候变化中占重要地位,是影响我国气候变化的重要因素之一,为了揭示该海域冬春季海表面温度异常影响大气环流的物理本质,本文依据混合层模式(CCM-ML)输出的数据和IPCC耦合模式(BCM2.0, CSIRO_MK3.5) Picntrl试验的输出数据,通过使用SVD、MCA、回归分析、相关分析、合成分析等统计方法对以上模式输出结果及观测资料进行了分析,不仅验证了前人关于北太平洋海气相互作用的部分结论,并得到以下创新性成果： 1.通过对BCM2.0、CSIRO_MK3.5耦合模式Picntrl试验结果和CCM_ML混合层模式结果的分析和比较发现,无论模式中是否包括海洋动力过程,北太平洋局地海洋-大气相互作用的主模态都存在,大气对海洋的影响主要表现为冬季超前一个月的反气旋风场会强迫出暖中心的“马蹄型”海温异常；海洋对大气的反馈主要表现为冬春季暖中心的“马蹄型”海温异常不仅可以导致海面反气旋风场加强,还可以持续4-7个月影响夏季或秋季的大气环流；夏季大气环流对暖中心的“马蹄型”海温异常可能的响应为海面气旋式环流异常,异常风速最大值出现在暖异常中心的上空(BCM2.0、CSIRO_MK3.5)或南部(CCM_ML)。以上模式中得到的北太平洋局地海洋-大气相互作用主模态主要特征与用观测资料得到的主要特征基本相同。 2.三个模式的结果有以下差异：“马蹄型”海温异常中心的位置不同,BCM2.0和CCM_ML模式中“马蹄型”海温异常中心位于北太平洋中西部,而CSIRO_MK3.5中该中心偏东；海温异常影响后期大气的时间不同,BCM2.0模式中晚春海温异常对早秋大气的影响最明显；CSIRO_MK3.5中则为晚冬海温异常对秋季大气的影响最明显；CCM_ML中为冬季海温异常对夏季大气的影响最明显。三个模式中CCM_ML模式的结果与观测结果的分析最接近。 3.依据对不包含海洋平流变化的CCM_ML耦合模式输出结果的分析发现：风-蒸发-SST (WES)机制在冬季北太平洋“马蹄型”海温异常的形成和维持中起到重要作用：冬季,阿留申低压减弱会导致北太平洋中西部西风带海域海面风减弱(东风异常),海面失热减小,SST正异常；同时,西风带北部西风加强,北太平洋东部和南部海域东北信风加强,海面失热增加,SST负异常；从冬季到春季“马蹄型”海温异常与阿留申低压异常通过WES机制构成了一个正反馈,有利于“马蹄型”海温异常的持续；从春季到夏季,与暖中心的“马蹄型”海温异常对应的是北太平洋中纬度的气旋式环流异常,在SST正异常区的西南侧和负异常区的大部分海域WES机制对“马蹄型”海温异常的维持都有一定的贡献,该贡献小于WES机制在冬季的贡献。对观测资料的类似分析也证明了WES机制在“马蹄型”海温异常持续中的重要性。 本文的研究进一步证实了前人发现的北太平洋局地海洋-大气相互作用主模态的存在性,而且估计了WES机制在该主模态形成和SST异常从冬春季持续到夏秋季过程中的贡献,为利用冬春季海温异常预测夏秋季大气环流异常提供了重要理论依据。