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。     

近2 Ma BP以来地球轨道参数周期上全球海平面变化机制

海平面的变化往往对区域生态环境、社会经济造成严重影响.通过对全球相对海平面变化(relative sea level,简称RSL)记录的再分析结果,合成了近2 Ma BP以来的全球RSL变化记录,分析了合成RSL记录对原始RSL记录数理特征的继承性,并基于频谱、滤波等数理分析验证了合成RSL记录的合理性.在此基础上,讨论了合成RSL与大气CO₂浓度、中高纬度海域表层海水温度(sea surface temperature,简称SST)、全球大洋底栖氧同位素(δ18O_B)等参数指标间的相关性,结果显示:(1) 合成RSL不仅与原始RSL记录的变化趋势基本一致,继承了原始RSL记录对全球气候变化的响应特征,而且显示出合成RSL记录对地球轨道参数周期变化响应明显;(2) 近2 Ma BP以来,在冰期-间冰期旋回中,合成RSL与δ18O_B变化呈良好的负相关,相关系数r平均值可以达到约0.81,高于合成RSL与大气CO₂浓度及中高纬度海域SST变化的相关系数;(3) 在地球轨道参数周期上,合成RSL与极地冰盖体积(δ18O_B)的变化几乎同时,在偏心率周期上,合成RSL落后于SST和大气CO₂浓度变化;在斜率周期上,合成RSL落后于SST变化而领先于大气CO₂浓度变化.推测这些变化的诱导因素可能是在太阳辐射量改变的前提下,大气CO₂浓度及大洋SST变化对极地冰盖体积产生了差异影响,进而引起海平面发生变化.      

BCC_CSM1.1气候模式对全球海表温度年代际变化的回报能力评估

通过与观测资料和20世纪历史气候模拟试验结果(NoINT)的对比分析,评估了BCC_CSM1.1年代际预测试验(INT)中对全球海表温度(SST)年代际变化的回报能力。分析结果显示:(1)INT试验模拟的全球平均SST增暖趋势比NoINT的更加接近观测;(2)其在热带大西洋、热带西太平洋和热带印度洋有较高的预测技巧;(3)对于太平洋年代际振荡2个关键区——北太平洋和热带中东太平洋,模式的预测技巧较低,且海洋初始化的作用也很小;(4)在热带南印度洋,INT的预测技巧普遍高于NoINT,在提前3~6年和4~7年时技巧最高。这些结论与基于其他模式得到的已有研究结果类似,但是BCC模式对北大西洋,特别是其副极地区域的预测技巧明显低于其他模式。BCC模式无法合理模拟出北大西洋SST与热盐环流间的交替变化规律,可能是其预测技巧偏低的原因。     

过去1万年热带冰川融化的原因已经确定

日前,由法国国家科研中心(CNRS)、法国原子能委员会(CEA)和美国纽约州立大学等研究机构联合完成的一项有关热带冰川的研究结果表明,1万年以前热带冰川(以玻利维亚的Telata冰川为代表)融化主要是由于大气温度上升3℃所引起的热带太平洋海温度升高所致。     

南海南部晚第四纪表层海水温度的变化及其与极地冰芯古气候记录的比较

本次研究选取南海南部"太阳号"95航次17961-2柱状样(8°30.4′N,112°19.9′E,水深1795m,柱长10.3m)的175块样品进行浮游(Globigerinoides ruber)和底栖有孔虫(Cibicidoides wuellerstorfi)的氧碳稳定同位素及浮游有孔虫G.ruber壳体的Mg/Ca比值测定,再造了距今约140ka以来时间分辨率约800年的表层海水温度(SST)变化,揭示末次冰期南海南部的SST曾降温达约5℃,且存在类似Dansgaard-Oeschger(D/O)事件的千年尺度波动。将南海南部的研究结果与极地冰芯古气候记录进行对比,发现在千年时间尺度上南海南部SST的变化特征与南极冰芯的古气候变化相一致,而与格陵兰冰芯^δ18O所展示的锯齿状形态D/O事件的变化不一样,且最近的两个末次冰消期南海南部SST与代表高纬冰盖体积大小的底栖有孔虫^δ18O几乎同步变化,反映南海南部热带海区古气候变化的特殊性,为进一步研究低纬热带海区在全球古气候变化中的作用提供了新证据。     

末次冰消期冲绳海槽中部表层和温跃层海水温度演化的脱耦现象

解读末次冰消期全球水文气候演变过程对于理解气候系统对内外强迫的响应具有重要意义. 以冲绳海槽中部OKI02岩心为材料,通过浮游有孔虫Globigerinodes ruber和Pulleniatina obliquiloculata壳体Mg/Ca比值分别重建了19 ka BP以来海槽中部表层和温跃层海水温度（SST和TWT）,结合浮游有孔虫群落组成变化重点恢复了末次冰消期（~18~11.7 ka BP）上层水体温度变化的特征和过程. 结果显示SST在LGM显著偏低,末次冰消期表现为显著的千年尺度变化,清楚地记录了HS1、B/A、YD等快速气候波动事件. 19 ka BP以来重建的TWT整体呈明显的上升趋势,但波动频繁而剧烈,末次冰消期相对较低,未显示显著的千年尺度变化. 对比北半球高纬和热带太平洋的记录发现,末次冰消期冲绳海槽中部SST开始上升的时间基本与前者相当,但明显滞后于热带西太平洋;冰消期其变化模式明显区别于热带西太平洋持续稳定的升温过程,而更类似于北半球高纬区的变化. 与SST明显不同,海槽区温跃层的升温（~18 ka BP）明显早于北半球高纬变暖,却接近于热带西太平洋海表温度开始上升的时间;且TWT的上升和波动方式也更接近于热带太平洋海温的变化模式. 对末次冰消期SST和TWT差异化演变的分析表明,AMOC对中低纬大气环流的影响可能通过东亚冬季风强度的变化控制了海槽区SST的演变,而热带太平洋ENSO过程则可能通过黑潮强度的变化决定了区域TWT的演化. 末次冰消期冲绳海槽中部SST和TWT演化存在明显的脱耦现象,显示了其与高、低纬海洋和气候变化之间的密切联系.      

IAP近期际气候预测系统海洋初始化试验中海表温度和层积云的关系

气候预测系统的海洋初始化积分试验考虑了海气相互作用,可以视为一种弱耦合同化试验。海温(SST)和层积云的关系是检验海气相互作用过程模拟效果的重要参考。分析了基于耦合气候系统模式FGOALS-s2的中国科学院大气物理研究所近期气候预测系统IAP Dec Pre S的海洋初始化模拟实验(简称EnOI-IAU试验)所模拟的海温—云关系。结果表明,EnOI-IAU试验较好地模拟出了SST和低云的气候态空间分布,但在主要层积云区低估了低云云量和云水,SST模拟偏高,特别在副热带东大洋沿岸和南大洋。部分原因是这些地区实际影响海表温度模拟的是模式的内部过程,而低云模拟不足导致了海表入射更多的短波辐射(强度约偏强20 W/m~2),迫使局地SST模拟过高。分析显示,低云模拟不足主要是由于EnOI-IAU试验不能再现合理的边界层逆温结构,表现为大气垂直速度、温度和湿度过于集中在近地层,使得边界层垂直热输送较弱、边界层无法充分混合,进而无法有效模拟出层积云。这些结果表明,未来引入大气观测数据同化,特别是改善边界层结构的模拟,对形成完整的耦合同化系统具有必要性。     

海洋模式初始化同化方案对IAP近期气候预测系统回报试验技巧的影响

基于耦合气候系统模式FGOALS-s2的中国科学院大气物理研究所(IAP)近期气候预测系统(以下简称IAP Dec Pre S系统)发展了2种初始化方法:第一种采用Incremental Analysis Update(IAU)方案同化格点化的海洋温度和盐度客观分析资料EN3;第二种采用集合最优差值(EnOI)结合IAU(EnOI-IAU)的方案同化原始海洋温度和盐度观测廓线资料EN4。主要目的是比较基于2种初始化方案开展的年代际预测试验的技巧。时间相关系数、均方根技巧评分等指标均表明,基于EnOI-IAU方案的回报试验对与太平洋年代际振荡(PDO)有关的北太平洋海表面温度(SST)的回报技巧显著高于基于IAU方案的回报试验。而对于大西洋多年代际振荡(AMO),EnOI-IAU方案回报试验的技巧低于IAU方案回报试验。AMO存在副极地和热带北大西洋2个活动中心,EnOIIAU方案在热带中心的技巧仅略低于IAU方案,但是它在热带外区域模拟出了虚假的降温趋势,因此技巧远低于后者。     

青藏高原东北侧夏季干旱的气象成因和长期预报研究

本文利用近40年(1950～1988年)的北太平洋月平均海温(SST)场、逐月南方涛动指数(SOI)和北半球100hPa月平均高度场,探讨影响黄土高原夏季干旱的信息区及其在时空上的遥相联系,发现热带地区(尤其是低纬地区)的SST和低层环流系统(如SO)的强弱变化与西北夏季干旱存在较好的遥相关,这种相关反映在前期各信息区内主要存在半年左右的时滞相关。又从能量频散角度讨论黑潮区SST变化与影响西北夏季干旱环流系统(南亚高压)之间的可能联系。结果得出对中国西北夏季干旱的长期预报,除应按常规注意中高纬度大气环流的变异外,还需要重视前期(冬末春初)热带地区SST与南方涛动的变异。