热带印度洋—太平洋增暖对北半球冬季气候年代际变化的影响

【摘要】：热带海表温度(SST)异常是全球许多区域气候异常的重要热力强迫。观测事实表明,1976／77年以来热带印度洋-热带太平洋表现为显著的年代际增暖,认识这种增暖现象对北半球冬季大气环流和气候年代际变化的影响及其机理,对于理解和预测气候年代际变化具有重要的科学意义。热带印-太海盆增暖对全球气候年代际变化如何影响仍然是一个没有很好解决的重要科学问题。本文通过利用ERA-40和NCEP再分析资料的诊断分析以及设计一系列大气环流模式(CCM3/NCAR)数值试验研究了热带印度洋-热带太平洋增暖对北半球冬季气候年代际变化的影响及其机制,其中重点分析了热带印太海盆增暖对北半球冬季不同区域大气环流年代际变化的影响、对青藏高原冬季积雪及东亚冬季降水的影响以及对北太平洋和北大西洋风暴轴年代际变化的影响等。得到主要结论如下： 一、1980年代以来,热带印度洋-太平洋增暖对北大西洋、北太平洋、欧洲、东亚、北美地区冬季气候年代际变化影响的重要性明显不同。其中,热带印度洋增暖可能是导致北大西洋涛动(NAO)正位相的年代际异常的重要原因；而热带中东太平洋增暖可能是影响北太平洋地区PNA异常型的重要原因；热带太平洋增暖和中纬度北太平洋SST负异常密切相关,两者共同作用决定了北太平洋位势高度场PNA型异常。 1976／77年北太平洋出现了一次显著的年代际突变现象,在海洋方面,热带中东太平洋海表面温度年代际异常增高,北太平洋中部异常变冷,北美沿岸和阿拉斯加湾SST增高；在大气方面,北太平洋500hPa位势高度场明显降低,阿留申低压异常加深、东移并偏南。伴随着太平洋海表温度上述年代际振荡,热带印度洋也表现为显著地年代际增暖。本文利用CCM3模式模拟了热带印度洋、太平洋海温历史变化对北半球大气环流影响,数值试验结果表明,热带印度洋、太平洋SST变化对北大西洋、北太平洋、欧洲、东亚、北美地区的冬季气候影响的重要性明显不同。热带印度洋增暖可能是影响北大西洋涛动(NAO)正位相异常的重要因子,而热带中东太平洋增暖不能导致NAO正位相的产生。由热带印度洋增暖引起一个纬向环绕中高纬度地区的位势高度场异常,在北大西洋地区为NAO正位相异常,同时该NAO正位相一直延伸至欧洲地区。热带中东太平洋增暖可能是影响北太平洋地区PNA异常型的重要原因,而独立的北太平洋SST年代际异常对北太平洋地区PNA影响并不显著。热带印度洋增温引起了北太平洋PNA负位相异常,同时伴随着东亚急流的减弱。对于东亚地区,热带印度洋、太平洋海温变化对该地区气候的年代际变化的影响同样重要。对于加拿大和美国,热带印度洋增暖引起的NAO正位相以及由热带太平洋增暖引起的PNA正位相共同影响着该地区的环流形式。同时,北半球冬季大气环流场的异常与低层水平风场和高空急流以及降水引起的潜热释放异常关系密切。 二、1980年代以来热带印度洋SST增加有利于青藏高原东南侧的水汽输送及该地区印缅槽的加深,是该时段高原雪深增加的重要影响因子；同时,热带印度洋SST增加有利于同时期中国南方地区冬季降水的增加。 1970s末到1990s青藏高原冬季积雪增加,同时期中国南方地区冬季降水增加。基于热带印太海盆SST年代际变化的观测事实,利用CCM3/NCAR模式模拟研究了1950-1999年间热带印度洋-热带太平洋海域SST历史变化对青藏高原冬季雪深以及中国南方地区冬季降水的影响。结果表明,当热带印度洋海温增加时,孟加拉湾的南风异常加强,印缅槽加深。加深的印缅槽有利于北方冷空气南下,来自青藏高原南部的南风异常有利于带来更多的水汽供应。此外,东亚地区加强的上升运动也有利于青藏高原东部强降雪的产生,以及中国南方地区冬季降水的增加。因此,热带印度洋增暖可能是1980s以后青藏高原冬季雪深增加的一个重要原因。与热带印度洋SST增暖相比,热带西太平洋SST不利于青藏高原冬季积雪及中国南方冬季降水增加。 三、热带印度洋-西太平洋(IWP)增暖可能是1980s以来北大西洋风暴轴年代际异常的一个重要原因。 利用ERA40再分析资料分析表明：北大西洋风暴轴年代际变化表现为风暴轴气候态轴线以北强度加强,以南强度减弱。给定一个理想化的热带印度洋-西太平洋(IWP)年代际异常,利用HadAM3/UKMO和GAMIL/IAP两个大气环流模式的模拟试验表明,IWP增暖引起北大西洋地区位势高度场出现NAO正位相异常,这样的位势高度场异常加强了急流轴北部的西风异常,以及低层大气斜压性的加强,因此该地区的天气尺度活动更加活跃。然而对于北太平洋风暴轴的年代际异常,敏感试验的结果与再分析资料结果相反。IWP增暖引起一个纬向环绕中高纬度地区的位势高度场异常,表现在北太平洋地区为正的位势高度场异常,这与再分析资料中北太平洋地区负的位势高度场异常相反。IWP增暖后急流北部加强南部减弱,伴随的低层大气斜压增长率也是北部加强南部减弱,因此天气尺度活动北部活跃加强。而再分析资料中北太平洋地区风暴轴的年代际变化表现为风暴轴气候态轴线以南强度加强,北部强度减弱。因此IWP增暖对北太平洋风暴轴年代际异常起着相反的作用。 【关键词】：热带太平洋 热带印度洋 海表面温度异常 年代际变化 青藏高原雪深 北半球风暴轴 大气环流 数值试验
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P461.2
【目录】：

• 摘要6-9
• Abstract9-13
• 第一章 绪论13-33
• 1.1 论文的研究意义13-14
• 1.2 国内外相关研究进展14-23
• 1.2.1 热带印度洋-太平洋海气相互作用的研究现状15-19
• 1.2.2 关于青藏高原积雪研究的进展19-22
• 1.2.3 北半球风暴轴的年代际异常的研究22-23
• 1.3 论文的研究内容23-25
• 1.3.1 拟解决的科学问题23-24
• 1.3.2 论文章节安排24-25
• 参考文献25-33
• 第二章 热带印度洋-太平洋海表面温度变率的主要模态33-43
• 2.1 引言33
• 2.2 使用数据和方法33-34
• 2.3 热带印度洋-太平洋SST年代际变化的主模态分析34-37
• 2.3.1 热带印度洋SST的年代际变化分析34-35
• 2.3.2 热带太平洋SST的年代际变化分析35-36
• 2.3.3 热带印度洋-太平洋SST的年代际变化分析36-37
• 2.4 热带印太海盆SST年际变化主模态分析37-39
• 2.4.1 热带印度洋SST的年际变化分析37-38
• 2.4.2 热带太平洋SST的年际变化分析38-39
• 2.4.3 热带印度洋-太平洋SST的年际变化分析39
• 2.5 本章小结39-40
• 参考文献40-43
• 第三章 北半球冬季大气环流对热带印度洋-太平洋SST历史变化的响应43-63
• 3.1 引言43-44
• 3.2 模式介绍和试验设计44-46
• 3.3 北半球大气环流的年代际变化特征46
• 3.4 热带印度洋-太平洋SST变化对北半球冬季大气环流的影响46-58
• 3.5 本章小结58-59
• 参考文献59-63
• 第四章 热带印太海盆增暖对青藏高原冬季积雪及其周边地区的影响63-97
• 4.1 引言63-65
• 4.2 模式介绍和试验设计65-67
• 4.3 青藏高原冬季雪深、中国南方地区冬季降水的年代际变化特征67-70
• 4.4 数值试验结果分析70-90
• 4.4.1 CCM3模式结果分析70-86
• 4.4.2 HadAM3模式结果分析86-90
• 4.5 本章小结90-92
• 参考文献92-97
• 第五章 北半球风暴轴的季节演变与变异特征97-115
• 5.1 引言97-98
• 5.2 使用数据和方法98
• 5.3 风暴轴概述98-103
• 5.3.1 风暴轴的季节演变特征98-101
• 5.3.2 NCEP和ERA_40两套再分析资料的对比101-103
• 5.4 1976/77年前后,北半球风暴轴的年代际变化特征103-106
• 5.5 厄尔尼诺与拉尼娜对北半球风暴轴的影响106-111
• 5.6 本章小结111-112
• 参考文献112-115
• 第六章 热带印度洋-西太平洋增暖对北半球风暴轴影响的数值模拟115-137
• 6.1 引言115-116
• 6.2 模式介绍和试验设计116-118
• 6.3 模式对风暴轴模拟的评估118-124
• 6.4 印度洋-西太平洋增温对北半球风暴轴的影响124-128
• 6.5 本章小结128-130
• 参考文献130-137
• 第七章 结论与讨论137-142
• 7.1 全文总结137-140
• 7.2 本文的创新点140-141
• 7.3 问题与展望141-142
• 致谢142-143
• 附录发表文章情况和会议报告143-145

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