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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

来源:论文学术网
时间:2024-08-19 04:22:06
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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【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~2

【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


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