南半球环状模年际与年代际变化的调控机理及其对Supergyre Circulation的影响

摘要

厄尔尼诺现象的发生带来全球平均温度的升高,同时导致南半球环状模变为负位相。厄尔尼诺的这种媒介作用,使得南半球环状模与全球平均温度在年际尺度上表现为负相关。然而,当温室效应主导的全球变暖发生时,全球平均温度呈现上升趋势,南半球环状模也趋向于向正位相发展,这使得两者呈正相关关系。这种变化趋势上的正相关性会削弱厄尔尼诺周期中两者的负相关性甚至使其彻底颠覆为正相关关系。由于ENSO强度的变化,在20世纪南半球夏季,全球平均温度和南半球环状模的关系呈现出非常明显的年代际振荡。在1925-1955年期间,ENSO强度的减弱使得全球平均温度和南半球环状模的负相关性变弱。在1970年之后,虽为ENSO强度的强烈期,但全球平均温度和南半球环状模的负相关性依然呈减弱趋势。深入分析表明,1970年之后两者相关性的下降是由全球气候变化导致的,这同时突出了一个非常罕见的现象,亦即,气候变化导致的两者变化趋势的相关性完全跟两者在年际尺度上具有的相关性相反,突出了温室气体排放导致的全球变暖对气候的影响。
　　在近几十年内,除了温室气体的排放外,南极臭氧层臭氧消耗同样对南半球环状模产生了非常显著的正位相变化趋势,在海洋环流中表现为副热带地区的supergyre circulation向南移动并加强。其中,臭氧消耗的强迫作用对臭氧消耗时期(1961-2005年)南半球中高玮度环流场的变化趋势起到了主导作用,然而,南极臭氧层在蒙特利尔协约的签订后开始逐渐恢复并预计在21世纪中期完全恢复。臭氧层臭氧恢复同臭氧层臭氧消耗对南半球中高玮度的作用是相反的,因此,臭氧含量的恢复对南半球副热带环流的作用对温室气体所起到的作用提供了一种抵消机制。那么这种抵消机制中,臭氧层臭氧的恢复能够起到什么程度的作用?相对温室气体的排放,其作用占主导吗?本文利用CMIP5模型组中中等温室气体排放量(R C P4.5)以及高等温室气体排放量(RCP8.5)控制实验输出的模式结果对这些问题进行研宄。两组控制实验都包含了臭氧恢复所起到的作用。本文显示出在臭氧恢复期间(2006-2045),臭氧恢复对南半球夏季副热带环流( Subtropicalgyre,三个大洋各自的副热带环流是彼此相连的,又被称为Supergyre Circulation)的影响基本可以抵消较温室气体排放对其的影响,以致该副热带环流在经向上并没有表现出向南极方向上的移动,而在臭氧层消耗时期以及高等温室气体排放量控制实验下的臭氧层恢复后时期(2046-2100年),该副热带环流的南向移动是非常显著的。同时,在2006-2045年南半球冬季,在高等温室气体排放量控制实验下,结果显示副热带环流呈现明显的南移趋势。在2006-2045年臭氧层恢复时期存在的这种季节变化同20世纪末几十年内所表现出来的季节变化趋势是完全相反的。此外,在臭氧层臭氧恢复后时期,在没有臭氧层臭氧的作用下,副热带环流的经向移动没有表现出明显的季节变化,这是因为此时的主导作用是温室气体的排放,然而温室气体排放量的不同,对副热带环流的经向移动的影响是显著不同的。在中等排放量情景下,副热带环流表现出稳定的态势,而在高等排放量情景下,副热带环流表现出明显的南向移动,两种变化趋势的显著不同突出了温室气体的排放对南半球环流场的影响,在南半球环状模上亦有直接体现。

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0.引 言

0 .1 什么是南半球环状模

0 .2对南半球环状模的观测

0 .3多种南半球环状模指数的对比

0 .4 南半球环状模对海洋要素的影响

0 .5 南半球环状模高频变化特征的物理机制

0 .6 影响南半球环状模年际和年代际变化的因素

0 .7 本文的主要研究内容与章节安排

1 .2 0世 纪 以 来 气 候 变 化 对 南 半 球 夏 季 南 半 球 环 状 模 和 全 球 平均 温 度 关 系 的 影 响

1 .1引言

1 .2数据

1 .3方法

1 .4全 球 变 暖 下 GMT-SAM长期变化趋势的关系

1 .5全球平均温度与南半球环状模关系的年际变化

1.6 GMTdetrend-SAM相关性的年代际变化

1 .7全 球 变 暖 对 SAM-GM T相关性的影响

1 .8小结

2.1960-2005年温室气体的排放和臭氧层消耗对S A M及副热带海洋环流Supergyre Circulation的影响

2 .1引言

2 .2数 据

2.3方法

2 .4 风场的分布和变化

2 .5 南半球环状模的季节变化

2 .6南半球环状模对南半球风应力旋度场的季节调制

2 .7 风应力旋度的两个基本要素

2.8.定 量 臭 氧 消 耗 和 温 室 效 应 对 Supergyre C irculation长期变化的贡献

2 .9小结

3 .利用CMIP5模型对2 1世纪Supergyre Circulation变化趋势的研究：臭氧恢复与温室气体排放的对比

3.1引言

3 .2 数据和方法

3 . 3 臭氧层臭氧含量的恢复对Supergyre C ir c u la tio n的贡献

3. 4 对比验证

3 .5 小结

3 .6 讨论

4. 结论

参考文献

致谢

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