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海温长时间序列分析及与人类活动的关系

周广超  
【摘要】:海洋是地球生物的发源地,占地球表面积的70%左右,是地球系统中重要的组成部分,对气候变化具有调节作用。为了研究全球变暖过程中海洋的变化特征,我们利用ERSST V2海温数据集对1854~2008年共155年的海温数据进行了分析,得到了全球海温在时间上的变化特征,同时还利用海温变化的方差值得到了全球海温波动较大的区域——文中称之为高值区,并总结了高值区及其海温变化模式在全球的分布特征。与人们通常使用的波谱分析方法相比,海温方差值及其相关系数亦能表现出海温关键区域,且其计算简单快速,但无法进一步表现海温关键区中的频率特征。目前,大量证据表明人类的生产活动中所释放的过量CO_2是全球气候变暖的罪魁祸首。在气候变化的过程中,人类的经济活动对海温是否会有影响?为此,我们以人类的经济发展为起点,以大气CO_2浓度为连接点,研究了人类经济活动通过大气对海温变化的影响。通过以上的研究工作,我们得到了以下几个有意义的结论: 一、1854~2008年共155年间,全球海温总体呈升温趋势,其升温过程可分为三个阶段:19世纪中期~1910年,海温降低阶段;1910年~20世纪60年代,海温逐步回升阶段;20世纪70年代至今,海温再次升高阶段。从季节角度看,全球海温在夏季升温明显,其中北半球为7,8,9月份,南半球为3,4,5月份。从经纬度角度看,全球海温变化较大的区域主要是赤道和中纬度海域以及大西洋和东太平洋海域; 二、对全球海温异常场进行EOF分析,发现全球主要的增温区域为赤道太平洋,印度洋以及非洲好望角南端海域,主要的降温区域为北半球中纬度海域。利用全球海温的方差值分布,我们确定了四个海温变化较敏感的区域,即高值区:赤道中东太平洋,北半球太平洋中纬度海域,北半球大西洋中纬度海域以及非洲西南端海域。总体来说,北半球海温变化的波动性大于南半球。各高值区海域海温的变化模态并不相同。通过分析高值区海温与全球各数据网格点的海温相关性,我们发现高频振荡模式主要存在于低纬度地区,而中高纬度地区主要为低频振荡模式。 三、GDP增长率能够描述人类的社会经济活动,它的变化能反映人类社会中的经济危机、战争及政治变化等。人类向大气排放CO_2速度的快慢是受到人类经济活动的影响的。人类向大气中排放的过量CO_2是大气CO_2浓度增长的主要原因,但是自然环境也同时起着重要作用。 四、利用小波分析,我们发现GDP,CO_2排放量和大气CO_2浓度三者的增长率具有2~8年的变化周期,这与ENSO现象具有相似的变化周期。而海洋与CO_2大气CO_2浓度的作用关系中,海温主要表现为强迫因子,而大气CO_2浓度则表现为响应因子,因此人类经济活动通过大气对海洋的影响并不明显。ENSO现象对大气CO_2浓度具有重要的影响,其影响范围可扩散至两极地区,大气对海温变化的相应时间为8~12个月。


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