南极海冰对西北太平洋副高影响途径探讨

通过相关分析,揭示了南极海冰影响西北太平洋副热带高压的可能途径,以及南太平洋副高在其间所起的重要作用.认为海冰影响大气环流的实质在于它改变了经向热量交换的强度以适应南极地区大气热损失总量的变动,其作用在于维持整个极冰-海洋-大气系统的平衡.计算了南半球48°S以北地区低层大气中的平均经向热量交换,证实了上述推论.     

南极海冰异常对南半球冬春季大气环流影响的年代际变化

南极海冰异常是影响南半球大气环流变化的一个重要因素。南极海冰变率的主要模态被称为南极海冰偶极子(Antarctic Dipole, ADP),具体表现为南极半岛两侧海冰的反相变化。ADP的出现受到厄尔尼诺-南方涛动事件的强烈影响,而过去的研究显示,厄尔尼诺在2000年后由东部型转到中部型,伴随着该转变,南极海冰的异常模态及其对南半球大气环流的影响也发生了年代际变化。通过对前期的南极海冰异常与滞后的南半球冬春季位势高度异常进行最大协方差分析,发现南半球冬季至春季持续性的正位相ADP,在1979—1999年间与南半球春季的负位相南半球环状模(Southern Hemisphere Annular Mode,SAM)显著关联,但在2000—2021年间该相关性较弱,转变为南半球秋季的三极型海冰异常与后期冬季的SAM显著相关。动力诊断证明,ADP及三极型海冰异常均能通过引发高频瞬变涡旋的变化,激发并维持SAM型大气环流异常。     

过去两万年南北半球季风降水反位相变化特征研究

大量古记录表明了近两万年来同一半球内区域季风降水同步变化,而在千年尺度上南北半球间季风降水存在显著的反位相变化关系,但是驱动这一反位相关系的外强迫因子和物理机制尚不完全明确。文章利用基于通用气候系统模式开展的TraCE-21 ka试验资料,发现全强迫试验能够重现与古记录一致的南北半球间季风降水反位相变化关系。并通过分析单一外强迫敏感性试验结果,明确北半球淡水注入强迫是导致千年尺度上南北半球间季风降水反位相变化的主要强迫因子。进一步研究发现,近两万年来冰盖消融带来的北半球淡水注入增强能减弱大西洋经向翻转环流,导致由南半球向北半球热量输送的减少,造成的南北半球间热力差异能够减弱由南半球向北半球的水汽输送,以及通过减弱北半球Hadley环流和向南移动热带辐合带减少北半球季风降水而增加南半球季风降水;当北半球淡水注入减弱时,变化相反。因此,淡水注入量的变化调节了过去两万年来大西洋经向翻转环流的强度和南北半球热力结构,显著影响了千年尺度上南北半球间季风降水的反位相变化关系。     

全球冰—海洋耦合模式的海冰模拟

海冰是全球气候系统的重要分量,与大气和海洋的相互作用,直接影响大气环流和海洋环流,对气假及其变化及具有重要影响,文中依据冰、海洋间的热力、动力耦合相互作用,改进冰－海洋热力耦合方案,利用由中国科学院大气物理研究所的３０层海洋模式和基于Ｆｌａｔｏ空化流体流变学的海冰动力模式和Ｈｉｂｌｅｒ表面热收支平衡的零层少冰热力模式,建立全球冰－海洋耦合模式,利用大月平均气候资料,模拟的南半球少冰分布及海冰的分布及其季节性变化、海冰漂移进行了耦合模拟和分析,模拟的南半球海冰分布及季节变化与实际分析资料非常接近,比２０层冰－海洋耦合模式的结果有显著改进,北半球海冰范围偏小,但季节变化的量值与实际相当一致,模拟的海冰速度场反映了南、北半球海冰漂移的主要特征,如北极的穿极漂流和南大洋的绕极环流等,对海冰密集度的分析表明,模拟结果得以     

全球冰-海洋耦合模式的海冰模拟

海冰是全球气候系统的重要分量 ,与大气和海洋的相互作用 ,直接影响大气环流和海洋环流 ,对气候及其变化具有重要影响。文中依据冰、海洋间的热力、动力耦合相互作用 ,改进冰海洋热力耦合方案 ,利用由中国科学院大气物理研究所的 30层海洋模式和基于Flato空化流体流变学的海冰动力模式和Hibler表面热收支平衡的零层海冰热力模式 ,建立全球冰海洋耦合模式。利用大气月平均气候资料 ,利用冰海洋耦合模式对全球海冰的分布及其季节性变化、海冰漂移进行了耦合模拟和分析。模拟的南半球海冰分布及季节变化与实际分析资料非常接近 ,比 2 0层冰海洋耦合模式的结果有显著改进。北半球海冰范围偏小 ,但季节变化的量值与实际相当一致。模拟的海冰速度场反映了南、北半球海冰漂移的主要特征 ,如北极的穿极漂流和南大洋的绕极环流等。对海冰密集度的分析表明 ,模拟结果得以改进原因在于改进的冰海洋热力耦合方案增强了融冰期冰海洋耦合系统海洋热通量增加—密集度减小—能量收支增加的正反馈机制。     

末次盛冰期太平洋赤道辐合带对暖池外热带海表温度变化的敏感性

利用美国NCAR CAM3大气环流模式,分析了末次盛冰期（LGM）两个不同的热带海表温度重建方案中,北半球冬季热带中、西太平洋对流活动及大气环流对暖池外（赤道东太平洋和热带大西洋）热带SST异常的敏感性。结果表明：  1）SST异常首先引起大气环流的改变。  赤道东太平洋对流层下沉增强,而作为经向补偿,副热带东太平洋上升运动增强,其中南半球尤为明显,同时南半球热带中、西太平洋上升运动增强,加剧了该区纬向逆时针环流,说明冰期热带海气耦合过程受气候背景场（如SST）影响很大;   2）大气环流格局改变引起热带中西太平洋的大气加热、对流活动、表层风场及降雨的巨大变化。  140°E以西的婆罗洲和菲律宾区域,总的大气加热减少是由于对流与辐射加热减少所致,对应于该区风场辐散和降雨减少;   而140°E以东的南半球热带中、西太平洋,大气吸收热量增加,对流与辐射加热均增强,总降雨量也随之增加,反映该区赤道辐合带南移并增强。该项研究为探索热带太平洋在冰期/间冰期旋回中的古海洋学变化提供了新的数据支撑。此外,不同重建SST对赤道辐合带的影响比较大,因此利用重建SST进行数值模拟或者利用耦合模式研究LGM热带海气相互作用时,应该十分重视全球热带SST分布特征。     

末次盛冰期西太平洋海温差异对亚洲夏季风影响的数值模拟

文章利用Zhao等的模拟结果,进一步研究了在末次盛冰期(LGM)情景下汪品先和CLIMAP两种重建海洋表面温度(SST)资料差异对亚洲夏季风的影响。模拟结果表明:在LGM情景下西太平洋海域SST资料的不同对模拟的亚洲夏季风有着十分重要的作用。夏季,与CLGM方案相比,在WLGM方案中,当热带西太平洋SST较暖时,印度地区的大气热量出现显著增加,大气热量的这种变化,使得南非高压、南印度洋经向Hadley环流加强,伴随着索马里越赤道气流加强,也导致了印度季风区纬向季风环流的加强,从而造成了印度夏季风增强、降水增多;与较暖的热带西太平洋相对应,澳大利亚高压和120°E附近越赤道气流减弱,东亚季风区20°N以南经向季风环流加强、20°N以北经向季风环流减弱,指示着一个强的南海夏季风和较弱东亚副热带大陆夏季风。     

基于石笋记录的晚全新世太平洋东西两岸季风区气候事件对比研究

研究晚全新世季风气候演变有助于进一步认识与预测未来季风区气候变化。太平洋东西两岸是全球季风集中分布的地区,已经有大量的古气候记录发表,但是缺乏对各个季风区气候突变事件以及整体变化趋势的对比研究。针对这一问题,选取亚洲季风区、印澳季风区、北美季风区、南美季风区11个洞穴石笋δ18O和1个湖泊Ti含量,对比研究各个记录在3.5~0.5 ka B.P.期间指示的夏季风变化特征。通过对比发现四大季风区的石笋δ18O在晚全新世整体上呈现偏正趋势,指示夏季风减弱;2次重要的气候突变事件1.5 ka B.P.和2.7 ka B.P.弱夏季风事件在各个季风区内均有表现;同时也记录了一系列十年际-百年际尺度的弱夏季风事件,表明太平洋东西两岸和南北半球的夏季风都有减弱的趋势,这与先前研究认为的南北半球呈现"see-saw"模式表现出不一样的特征。晚全新世以来ENSO(El Nino-Southern Oscillation)活动的增强对太平洋东西两岸南北半球夏季风减弱具有重要影响。在El Nino事件发生时,Walker环流减弱,而且它的上升支向东移动远离西太平洋暖池,西太平洋副热带高压增强并向西移动,导致亚洲夏季风减弱。Walker环流的东移也会使得印度尼西亚-太平洋暖池(Indo-Pacific Warm Pool,简称IPWP)海温下降,热带季节内震荡减弱致使印澳夏季风减弱;此外,El Nino事件发生时,赤道东太平洋海水温度上升导致东西太平洋海水温度梯度减弱,在此状态下南美季风区低空急流(Low Level Jet,简称LLJ)减弱,导致南美夏季风减弱;同时,北美洲加勒比海低空急流增强,使得该季风区下沉气流增强,导致北美夏季风减弱。我们的研究表明,在晚全新世ENSO活动增强的状态下,太平洋东西两岸南北半球夏季风变化可能都呈现减弱趋势。     

中国全新世4.2ka BP气候事件及其对古文明的影响

利用近年来发表的全新世高分辨率古气候记录,如湖泊、泥炭、石笋及其他古气候地质载体记录,对4.2ka BP气候突变事件在中国的表现进行了分析,认为该气候事件在中国普遍表现为干旱,伴随部分地区的降温,体现了东亚地区对全球4.2ka BP气候事件的响应。结合考古学研究成果,认为这一气候事件所导致的中国北部大范围、持续性的干旱,是造成中国北部新石器文化衰落的主要原因;所导致的南部持续干旱、局部频繁洪涝,以及气候剧烈频繁的波动,是造成中国南部新石器文化衰落的主要原因。对于该气候事件的触发机制,洋流变化的贡献很可能小于大气环流变化的贡献。太阳辐射减弱造成的北半球降温所引起的半球间洋面温度梯度的变化,可导致赤道辐合带(ITCZ)南移,并使得北半球中低纬度地区季风减弱;同时季风与厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)间的相互作用可进一步诱发季风突变,造成北半球中低纬度地区大面积干旱。     

南极海冰对大气环流及长江上游水量的影响

本文利用相关分析方法揭示了南极海冰面积变动与大气环流及长江上游水量变化之间的联系,并对这种联系发生的过程作了初步探讨.结果表明,南极海冰面积变动能够改变南印度洋纬向环流强度,并影响赤道西印度洋海温,进而影响印缅地区500hPa位势高度场.分析发现,2～3月南极海冰面积与8～9月长江上游水量有一定联系,这对于探讨长江上游水量变化的物理背景及长期水文预报有一定意义.