全球变暖对北太平洋年代际变化的影响及可能机制研究

【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。 【关键词】：全球变暖 北太平洋年代际变化 太平洋年代际振荡 气候模式 Rossby波
【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
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-14
• 第一章 绪论14-30
• 目录14-15
• 1.1 全球变暖及其对气候变率的影响15-17
• 1.2 太平洋年代际振荡(PDO)研究综述17-26
• 1.2.1 PDO简介17-19
• 1.2.2 PDO机制研究综述19-25
• 1.2.2.1 大气随机强迫19-20
• 1.2.2.2 大气遥相关20-21
• 1.2.2.3 中纬度局地海气相互作用21-23
• 1.2.2.4 热带和中纬度相互作用23-24
• 1.2.2.5 海洋非线性过程24-25
• 1.2.3 PDO对全球和中国气候的影响25-26
• 1.2.3.1 PDO对全球气候的影响25
• 1.2.3.2 PDO对中国气候的影响25-26
• 1.3 研究内容和创新点26-28
• 本章附图28-30
• 第二章 20世纪全球变暖的耦合模式模拟研究30-52
• 目录30-31
• 2.1 引言31-32
• 2.2 模式、实验设计及数据32-34
• 2.2.1 FOAM模式简介32-33
• 2.2.2 FOAM 20世纪气候变化实验设计33-34
• 2.2.3 IPCC AR4模式和观测数据34
• 2.3 20世纪全球变暖的耦合模式模拟研究34-39
• 2.3.1 地表气温和海表温度的变化34-36
• 2.3.2 大气海洋垂直温度的变化36-37
• 2.3.3 风应力的变化37-38
• 2.3.4 水汽和热量通量的变化38-39
• 2.3.5 海洋盐度和热盐环流的变化39
• 2.4 本章总结和讨论39-41
• 本章附图41-52
• 第三章 全球变暖对PDO的影响52-70
• 目录52-53
• 3.1 引言53-54
• 3.2 实验设计及数据处理方法54-55
• 3.2.1 FOAM控制实验和CO_2浓度加倍实验54
• 3.2.2 数据处理方法54-55
• 3.3 全球变暖对PDO的影响55-59
• 3.3.1 SST和500hPa位势高度年代际标准差的变化55-57
• 3.3.2 SST主模态的变化57
• 3.3.3 海洋上层400米热含量主模态的变化57-58
• 3.3.4 500hPa位势高度主模态的变化58
• 3.3.5 SST和海面风场耦合主模态的变化58
• 3.3.6 SST和500hPa位势高度耦合主模态的变化58-59
• 3.4 本章结论和讨论59-61
• 本章附图61-70
• 第四章 全球变暖影响PDO频率的机制研究70-98
• 目录70-71
• 4.1 引言71-73
• 4.2 海洋Rossby波和PDO周期的关系73-76
• 4.2.1 海洋部分阻挡实验介绍73
• 4.2.2 海洋部分阻挡实验结果分析73-76
• 4.2.2.1 SST主模态73-74
• 4.2.2.2 海洋热含量主模态74-75
• 4.2.2.3 500hPa位势高度主模态75-76
• 4.2.3 小结76
• 4.3 全球变暖对海洋Rossby波波速的影响76-81
• 4.3.1 海洋温度和浮力频率的垂直变化76-77
• 4.3.2 Rossby波波速的变化77-78
• 4.3.3 Rossby波跨越北太平洋时间的变化78-79
• 4.3.4 考虑背景流时Rossby波波速的变化79-80
• 4.3.5 小结80-81
• 4.4 本章结论和讨论81-82
• 本章附图82-98
• 第五章 大气对于中纬度SST异常的响应在全球变暖后的变化98-112
• 目录98-99
• 5.1 引言99-100
• 5.2 初值实验介绍100-101
• 5.3 大气对黑潮延伸体SST正异常的响应的变化101-102
• 5.4 本章结论和讨论102-104
• 本章附图104-112
• 第六章 结论与讨论112-118
• 目录112-113
• 6.1 全文总结113-117
• 6.2 问题和展望117-118
• 附录A 模式实验和数据介绍118-122
• 参考文献122-130
• 个人简历、发表论文及获奖情况130-132
• 致谢132-133

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

南大洋风应力和淡水通量在全球海—气耦合系统中的作用    马浩

IPCC模式对印太暖池模拟的研究    孙燕

基于遥感的长时间序列浮游植物的多尺度变化研究    陈小燕

南印度洋偶极子的特征和机理及其与ENSO的关系探讨    张岚

大尺度环流系统对西北太平洋变性TC频数影响的气候诊断分析    钟颖旻;徐明;

我国旱涝气候灾害的年代际变化及其与东亚气候系统变化的关系    黄荣辉;蔡榕硕;陈际龙;周连童;

Relationship between Arctic Oscillation and Pacific Decadal Oscillation on decadal timescale    

多窗谱分析方法及其在全球变暖研究中的应用    江志红,屠其璞,施能

近百年北半球冬季大气活动中心的长期变化及其与中国气候变化的关系    朱乾根,施能,徐建军,枕桐立

ENSO及其年代际异常对全球及亚洲季风降水影响的数值研究    徐建军,朱乾根

北太平洋海温异常与东亚夏季风相互作用的年代际变化    李峰,何金海

北太平洋海温的气候跃度及其对中国汛期降水的影响    于淑秋,林学椿

基于EMD北海道地区50年降水及南方涛动的分析    张真真;林振山;杜建丽;刘会玉;杨周;

沈阳地区气候跃变对农业生产的影响    刁军;董晓明;刘凤芝;

西伯利亚高压异常与海温异常的关系    侯亚红;李刚;路爽;

朝阳市设施农业发展与气候资源鉴定    张国林;宗英飞;王瑞申;

沈阳东陵区近58年农业气候资源趋势变化    田鹏波;赵凤;白静;康敏;董晓明;

辽宁本溪市自然降水趋势变化与农业旱涝程度分析    李志静;李西平;

沈阳近59年来气温异常偏低的严冬天气分布特征    廖国进;姜淼;孟鹏;

辽宁人工增雨试验区最长连续降水日数变化分析    杨旭;高杰;杨青;房彬;赵姝慧;李阳;

辽宁人工增雨试验区最大连续降水量变化分析    杨旭;高杰;杨青;田广元;陈刚;胡伟;

沈阳近48年最大连续降水量变化分析    方晓;高锋;

中国东部初春水分循环季节推进过程的年代际突变    赵瑞霞;张宏;吴国雄;李伟平;石爱丽;

Decadal-scale variability of warm season temperature in Beijing over the past 2650 years    

Interdecadal shift in the relationship between the East Asian summer monsoon and the tropical Indian Ocean    Kyung-Ja Ha;

Weakening Trend in the Atmospheric Heat Source over the Tibetan Plateau during Recent Decades.PartⅡ:Connection with Climate Warming    

Effects of intraseasonal variation of summer monsoon rainfall on stable isotope and growth rate of a stalagmite from northwestern Thailand    Nathsuda Pumijumnong;Chotika Muangsong;

北太平洋上层海洋热含量的年代际变化对阿留申低压系统的影响    程军;于非;蒲书箴;郭品文;

近五十年来长江入海径流量对太平洋年代际震荡变化的响应    张瑞;汪亚平;潘少明;

北半球夏季陆地降水的时空变率分析    何财福;

太阳活动22年准周期对气温变化的影响    韩延本;尹志强;赵海燕;马利华;

空间环境变化对低层大气气象环境影响研究进展    高超;胡艳冰;陶勇;

全球海平面长期趋势变化及气候情景预测研究    陈长霖

北太平洋风生环流变异及其对大气环流的反馈    李春

热带印度洋海表温度主模态的长周期变化及对温室气体增加的响应    郑小童

近400年来西北地区气候变化的树轮记录研究    方克艳

全新世东亚地区气候时空演变及古气候定量重建    赵传湖

中国年代际干旱趋势转折及预测    章大全

东亚夏季风年代际变化的波包传播特征及其影响研究    肖天贵

华北降水时空变化及降水量减少影响因子研究    郝立生

南大洋风应力和淡水通量在全球海—气耦合系统中的作用    马浩

黄海物理环境对鳀鱼种群动态的影响    王玉衡

热带印度洋热含量变异及其对我国旱涝的影响研究    黄科

北太平洋上层海洋热收支研究    刘珊

热带季风、海陆热力差异在东亚副热带季风中的作用    靳莉君

东亚—北太平洋地区气候年代际变化特征分析    蒋伶仙

风力机叶片气动弹性稳定性的工程应用研究    申慧渊

经济基础与上层建筑矛盾运动视角下的中国低碳经济发展研究    王颖

影响东亚夏季风的春季海陆热力关键区的年代际变化    郑旭程

长江中下游暴雨洪涝灾害的风险性评估与预估    卞洁

中国夏季降水影响因子评估和统计预测研究    郭玲

冬季冰岛低压一组环流指数在气候研究中的应用    洪芳玲

揭示气候变化的南极冰盖研究新进展    秦大河，任贾文，效存德

西太平洋暖池基本特征及其对气候的影响    李克让,周春平,沙万英

The 1997/ 98 ENSO Cycle and Its Impact on Summer Climate Anomalies in East Asia    黄荣辉,张人禾,张庆云

Seasonal Variability of the Yellow Sea/East China Sea Surface Fluxes and Thermohaline Structure    Peter CHU,陈玉春,Akira KUNINAKA

Impact of the Thermal State of the Tropical Western Pacific on onset Date and Process of the South China Sea Summer Monsoon    黄荣辉;顾雷;周连童;吴尚森;

Interannual Thermocline Signals and El Nio-La Nia Turnabout in the Tropical Pacific Ocean    钱维宏;胡豪然;

索马里急流的年际变化及其对半球间水汽输送和东亚夏季降水的影响    王会军,薛峰

南印度洋海温偶极子型振荡及其气候影响    贾小龙,李崇银

ENSO循环之中的海气相互响应——对次表层海温和大气旋度的资料分析    刘琳;于卫东;

南半球环流异常与长江中下游夏季旱涝的关系    范可;

南大洋印度扇形区南极绕极流和南极沿岸流的相互作用研究    史久新

热带太平洋年代际变化及其形成机制探讨    冯琳

北半球大气环流对湾流区海温变化响应的数值模拟研究    屈丽玮

西太平洋暖池变异及其机制研究    胡石建

南大洋太平洋扇区风生大洋环境变异与动力机理研究    段永亮

东亚夏季风强度指数及其变化的分析    郭其蕴

大气活动中心长期变化的阶段性    张庆云,杨鉴初,林学椿

PNA流型的年际变化及温、热带太平洋海温的作用    吴仁广,陈烈庭

青藏高原地面站积雪的空间分布和年代际变化特征    韦志刚,黄荣辉,陈文,董文杰

关于中国重大气候灾害与东亚气候系统之间关系的研究    黄荣辉,陈际龙,周连童,张庆云

东亚夏季风爆发和北进的年际变化特征及其与热带西太平洋热状态的关系    黄荣辉,顾雷,徐予红,张启龙,吴尚森,曹杰

近百年全球气候变暖的分析    王绍武，叶瑾琳

全球大气／热带太平洋耦合距平模式中由ENSO增暖引起的全球大气环流异常    杨修群，谢倩，黄士松

赤道印度洋—太平洋地区海气系统的齿轮式耦合和ENSO事件 I.资料分析    吴国雄,孟文

我国夏季降水的年代际变化及华北干旱化趋势    黄荣辉,徐予红,周连童

新书《高潮汐:气候危机的真相》评介    叶谦,GLANTZ Michael,McNEELEY Shannon

全球气候变暖“很可能”是人为造成的    徐娜;

“后天”来了?    晨曦;

全球变暖将延缓十年?    邓雪梅;

关注全球气候变暖    杨学琴;

全球变暖背景下南宁地区寒潮活动的变化    陈业国;何冬燕;农孟松;

全球变暖能否造福人类    许靖华,陈延成

全球变暖对人类健康的影响    贺淹才

全球变暖导致生态系统根基破坏    沙炜;

全球变暖危害大过核武器    

近50年贝加尔湖变暖对中国东部夏季降水的影响    祝从文;徐康;何金海;

青藏高原及西北地区垂直运动年代际变化的初步研究    赵东;王国荣;

青藏高原及西北地区垂直运动年代际变化的初步研究    赵东;王国荣;罗哲贤;

大气环流中的能量平衡问题及对全球变暖的可能响应    王万里;刘耀林;蔡述明;邓南圣;侯浩波;周博;王卫国;谢应齐;

气候变暖背景下鹤壁寒潮活动的变化    王辛方;职青;任丽伟;靳冰凌;

稻麦系统作物生产力对全球变暖的响应与适应研究概况    张卫建;田云录;张彬;

全球气候变化背景下西北太平洋热带气旋生成频数趋势展望    李永平;王晓峰;于润玲;

湖南对全球变暖的区域响应    肖洁;李力;

太平洋对全球变暖的响应及其对气候变化的影响    刘秦玉;

人地关系协调意义下气候保护的模拟研究    张焕波;王铮;郑一萍;

全球变暖是太平洋三文鱼生存最大隐患    小于

全球变暖严重影响北极气候    

全球变暖 欧洲环境气候将改变    杨骏

全球变暖带来高度风险    王海峰

随之而来的不只是洪水滔天    本报驻美国记者　 毛黎

覆巢之下无完卵,全球变暖美国能独自“凉快”？    叶书宏

应对全球变暖发达国家责无旁贷    李学华

既然都说全球变暖,为何今冬还这么冷    

用“节能衫”抗击全球变暖    赵方宇 任荃

气候争论：是什么让地球变暖？    何晨　译

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

全球变暖背景下水循环变化对海洋环流及气候的影响    张丽萍

全球变暖背景下西北太平洋热带气旋活动变化机理研究    赵海坤

全球低频遥相关年代际变化规律研究    杨若文

语言实践、策略与规范传播    谢婷婷

热带太平洋年代际变化及其形成机制探讨    冯琳

副热带海温年代际变化及对东亚夏季风的影响    王鑫

全球变化背景下东亚区域气候年代际时空演变的统计—动力特征    施晓晖

全球海—气耦合系统中冬季重现和持续性障碍的特征及物理成因    赵霞

二十世纪全球海洋潜沉率和浮露率的变化趋势及其机制    刘成彦

我国应对全球变暖的立法研究    胡富蓉

全球变暖背景下多种资料的高空温度特征分析    谢潇

热带太平洋年代际变化及IPCC多模式比较    江蓓洁

20世纪70年代中期北太平洋海温场年代际变化对气候的影响    高庆九

太平洋海温年代际变化结构及传播机制的初步研究    程智

热带及北太平洋SSTA与中国降水年代际变化的相互关系及其机制研究    吴胜安

太平洋区域海气相互作用的纬际差别及联系    李泓

北太平洋海温三极子模态时空分布特征及其形成机制探讨    牛光涛

北太平洋上层海洋热收支研究    刘珊

美日气候外交比较研究    杨锐