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《中国海洋大学》 2010年
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全球变暖对北太平洋年代际变化的影响及可能机制研究

方长芳  
【摘要】: PDO (Pacific Decadal Oscillation)是北太平洋年代际变化的主模态,它有两个周期段,15年~25年和50年~70年。当PDO正位相发生时,阿留申低压加强,北太平洋呈现“马蹄形”型的SST异常,北太平洋中西部偏冷,赤道中东太平洋、北美沿岸和阿拉斯加湾偏暖。自1870年第二次工业革命以来,人类活动消耗大量矿物燃料,森林被砍伐,大气中的温室气体浓度持续增加,温室效应增强,导致了全球变暖。全球变暖不仅会引起气候平均态的变化,也会引起气候变率PDO的变化。北太平洋年代际变化影响亚洲和北美的气候,影响海洋生态环境和渔业经济,调制ENSO的发生发展及其气候影响,因此,研究全球变暖对北太平洋年代际变化(PDO)的影响及影响机制,对于气候的短期、长期预测预报等具有重要意义。 在FOAM (Fast Ocean Atmosphere Model)中加入太阳常数和温室气体浓度的历史观测数据,FOAM首次被用于模拟20世纪的气候,并且抓住了20世纪全球变暖的主要气候变化特征,和IPCC AR4模式实验和观测的结果基本一致。20世纪全球变暖的主要气候变化特征在下面阐述。(1)地球表面气温升高约0.6℃~0.7℃,海表面温度升高0.4℃~0.5℃;地球表面气温升高幅度,冰雪大于陆地,陆地大于海洋,北半球大于南半球;对流层变暖,平流层变冷。(2)中纬度西风增强,西风带和信风带向极地移动;中纬度海洋增温小于热带海洋,这和中纬度西风带增强可能有互为因果的关系。(3)海洋吸收了巨大的热量,减缓了全球变暖;高纬度海洋变淡,低纬度海洋变咸,说明水循环增强;太平洋总体变淡,印度洋和大西洋中低纬度变咸;北大西洋经向翻转环流减弱。 全球变暖使得北太平洋年代际变化(PDO)减弱。(1)FOAM和IPCC AR4模式的全球变暖对比实验结果表明:全球变暖后,整个北太平洋的SST和500hPa位势高度的年代际(周期大于8年)标准差降低,降低比率分别是20%-40%和5%-10%,降低比率最大值在黑潮延伸体和副极地海洋西部,说明北太平洋年代际变化减弱。(2)对比FOAM控制实验和CO2加倍实验中的PDO,得到以下结论:全球变暖使得PDO模态减弱,PDO频率向高频移动,黑潮延伸体和副极地海洋西部的SST年代际振幅减弱最明显。 PDO频率向高频移动的原因主要考虑全球变暖对海洋Rossby波波速的影响。(1)通过做两个海洋阻挡实验,分别研究了整个北太平洋和副极地海洋Rossby波在PDO中的作用,结果表明,整个北太平洋Rossby波的调整对于PDO起着决定性作用,副极地海洋Rossby波对于PDO的两个周期段(特别是大于30年的周期)起着非常重要的作用。(2)全球变暖使得海洋上层比下层增暖更多,海洋浮力频率变高,海洋Rossby波加速;全球变暖使得北太平洋中纬度纬向流垂直切变增大,这也使得第一斜压Rossby波加速;波速加快比率约10%-70%,副极地海洋Rossby波的加速比率最大。(3)Rossby波加速使得Rossby波跨越北太平洋海盆的时间缩短,海洋对风应力异常强迫或浮力异常强迫的调整加速,所以PDO向高频移动(周期变短)。 本文也是首次通过做初值实验研究大气对于中纬度SST异常的响应在全球变暖后的变化。对于黑潮延伸体SST正异常强迫,(1)全球变暖前,涡旋的反馈作用占主导,大气的响应是高压,相当正压结构,中纬度西风减弱,SST正异常衰减得慢;(2)当全球变暖后,中纬度对流层高层的大气斜压性增强,涡旋活动可能受到抑制,因此,涡旋的反馈作用减弱,所以,大气的响应是低压,中纬度西风加强,SST正异常衰减速率加快。全球变暖后,SST正异常衰减加快,这可能对黑潮延伸体SST年代际标准差(振幅)减弱有贡献。
【学位授予单位】:中国海洋大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:P732

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【引证文献】
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