国外关于年代际气候变率的研究

文中指出在气候变率与可预报性研究计划中,列出年代际气候变率及可预报性研究子计划充分显示出这个问题的重要性,回顾并总结了近年来年代际气候变率的研究成果,特别对全球气候变暖、海气相互作用、温盐环流、自然气候变率和ＥＮＳＯ的年代际变率的研究几个重点问题进行了讨论,最后对年代际气候变率研究今后的发展方向提出了看法。     

年代际气候变率问题的研究

对年代际气候变率的研究工作和主要结果作了综合评述，并对该领域的研究前景作了一定的阐述。     

美国年代际气候变率研讨会简介

2005年10月16～20日在美国弗吉尼亚州埃尔利中心召开了年代际气候变率研讨会。这个会议由美国CLIVAR/WCRP/IPCC办公室联合NOAA、NASA、NSF等单位共同举办。与会代表共约40位科学家，多数来自美国，少数代表来自德国、英国、中国和日本。会议由美国地球系统变化研究中心(CRCES)承办。     

FGOALS模式4个版本太平洋年代际气候变率模拟的比较

本文选用中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG/IAP)发展的全球海洋—大气—陆面气候系统模式(FGOALS)的4个版本g2.0、s2.0、g1.1和g1,利用模式的长时间积分结果,结合观测、再分析资料比较、评估模式对太平洋年代际变率的模拟能力,并通过对海气相互作用及其海洋动力过程分析,探讨了模式中太平洋年代际振荡形成机制.研究发现,FGOALS 模式g2.0和s2.0版本对太平洋年代际振荡(PDO/IPO)的模拟能力优于 g1.1和g1.模式中太平洋年代际变率的正反馈过程与Bjerknes(1969)提出的海气相互作用正反馈机制有关,其负反馈则主要与海洋内部动力过程有关.太平洋异常经向热量输送将热带与中纬度海洋联系在一起,可以抑制正反馈作用,但无法使得年代际振荡变化位相发生反转;FGOALS模式中,热带海表温度(SST)暖距平信号通过大气桥影响热带外大气环流,在海气作用下,热带与热带外海洋次表层分别以Kelvin 波和Rossby 波的形式传播,使得冷暖位相反转,4个版本均能再现这种负反馈机制.但不同版本Rossby波所处的纬度不同,太平洋SST异常年代际变化信号最明显的范围越宽,则由此激发的Rossby 波便更为偏北,纬度越高Rossby 波西传的时间也越长,PDO/IPO的周期与其SST异常的经向尺度密切相关.     

太平洋年代际振荡与中国气候变率的联系

利用 195 1～ 1998年的太平洋年代际振荡 (PDO)指数、全球海洋和大气分析资料及中国降水和气温站点观测资料 ,分析了太平洋年代际振荡在海洋中的特征及其与东亚大气环流和中国气候变率的联系。结果表明 ,PDO与东亚大气环流及中国气候年代际变化关系密切。对应于PDO暖位相期 (即中纬度北太平洋异常冷、热带中东太平洋异常暖 ) ,冬季 ,阿留申低压增强 ,蒙古高压也增强 (但东西伯利亚高压减弱 ) ,中国东北、华北、江淮以及长江流域大部分地区降水偏少 ,东北、华北和西北地区气温异常显著偏高 ,而西南和华南地区气温偏低 ;夏季 ,海平面气压在北太平洋的负异常较弱 ,而在东亚大陆的正异常较强 ,东亚夏季风偏弱 ,西太平洋副热带高压偏南 ,热带太平洋信风减弱 ,赤道西风增强 ,此时华北地区降水异常偏少而长江中下游、华南南部、东北和西北地区降水异常偏多 ,东北、华北及华南地区气温异常偏高 ,而西北、西南和长江中下游地区气温异常偏低。对应于PDO冷位相期 ,上述形势相反。结果还表明 ,处于不同阶段的ENSO事件对中国夏季气候异常的影响明显受到PDO的调制。在PDO冷位相期 ,当ENSO事件处于发展阶段 ,华南地区夏季降水偏少 ,东北地区夏季多低温 ,在其衰减阶段 ,华北地区和长江流域降水偏多 ,淮河地区降水偏少 ;     

卑尔根气候模式中大西洋热盐环流年代际与年际变率的气候影响

利用一个全球海气耦合模式--卑尔根气候模式的积分结果,揭示了与大西洋热盐环流(THC)年代际和年际振荡相对应的气候异常型.年代际振荡发生在全海盆尺度,伴有亚速尔高压的增强、冰岛低压的加深;年际振荡发生在局地尺度,伴有亚速尔高压的减弱.这两种海平面气压异常型都反映了北大西洋涛动(NAO)活动中心的强度变化,两种变率型对应的拉布拉多海对流活动都加剧.但伴随局地尺度的THC调整,伊尔明格海的对流活动减弱.蒸发异常对拉布拉多海表层盐度异常的影响较为显著.分析表明,局地尺度的THC振荡主要是对大气强迫的被动响应,而海盆尺度THC振荡的实质是反映整个输送带的强度变化,其气候意义要大于THC的局地振荡.     

年际气候变率的数值模拟

本文利用IAP GCM 20年的模式输出结果，计算了海平面气压、表面气温和降水的年际气候变率，并与观测资料作了对比分析，以考察模式模拟年际变率的能力。结果表明，模式成功地再现了观测变率地理分布的基本特征，这说明大气内部动力-物理相互作用过程对年际变率有重要影响，而模拟值的偏低则显示了模式中未包括的某些外界强迫因子如海温和海冰年际变化的潜在作用。     

气候模式的年际变率和可预测性

该文研究了大气物理研究所９层格点大气环流模式模拟的年际气候变率，一种试验采用多年平均的观测海温作为下边界条件，另一种试验是有年际变化的实测海温作为下边界条件，两种试验的年际变率分别为记为Ｖ１和Ｖ２，其比值Ｒ（Ｖ２／Ｖ１）则可代表以实测海温为边界条件的模式可预测性，研究结果显示：两种试验的年际变率差异主要热带区，Ｖ２一般大于Ｖ１，并且更接近实际变率，气温和高度场的可预测性在热带区较高，在热带以外区域     

太平洋地区海气系统年代际变率研究的若干进展

系统回顾了近年来太平洋地区海气系统年代变率的研究进展，涉及大气环流，海洋状况及汽气相互作用的年代际变化，以及产生这种年代际变率的主要机制，并简单讨论了目前该领域研究中存在的主要问题及研究前景。     

南半球中高纬大气环流年代际变率的研究

利用近百年全球海平面气压图和再分析海平面气压等资料,建立了自1871年以来1,4,7和10月份的南极涛动指数（AOI）序列。近百年来1月AOI有明显增强的趋势,7月AOI则有明显减弱的趋势。最近40多年来,1,4和10月AOI都有较强的上升趋势。4个月份的AOI都有20～30a左右的准周期波动,表现出显著的年代际尺度的变化。用1,4,7和10月的平均可以近似反映年平均南极涛动指数的变化。在年代际尺度上,年平均指数在1894～1901年、1910～1935年左右是强的负指数时期。1880～1893年、1936～1945年左右是较强的正指数时期,1980年代以来,强的正指数已经持续了近20a,且1990年代以来还有加强的趋势。模拟结果的功率谱显示气候系统内部产生的低频变化主要体现在年际尺度变率上,年代际尺度变率的谱值则远远低于观测结果,但不排除在个别情况下,通过Hasselmann机制产生AOI年代际变率的可能性。     

北大西洋年代际振荡（AMO）气候影响的研究评述

北大西洋年代际振荡（theAtlantic Multidecadal Oscillation,AMO）是发生在北大西洋区域空间上具有海盆尺度、时间上具有多十年尺度的海表温度（sea surface temperature,SST）准周期性暖冷异常变化。它具有65～80a周期,振幅为0.4℃。AMO的形成与热盐环流的准周期性振荡有关,它是气候系统的一种自然变率。诸多研究表明,AMO在北大西洋局地气候及全球其他区域气候演变中发挥了重要影响。欧亚大陆的表面气温,美国大陆、巴西东北部、西非以及南亚的降水,北大西洋飓风等都与之密切相关。AMO对东亚季风气候的年代际变化有显著的调制作用,暖位相AMO增强东亚夏季风,减弱冬季风,冷位相则相反。本文总结了这方面的研究进展,讨论了AMO对未来气候预测的意义,认为最近20多年来我国冬季的显著增暖与AMO处于暖位相有关,是人类温室气体强迫与暖位相AMO（自然因子）两种增暖影响相叠加的结果。随着AMO逐渐转入冷位相,我国冬季变暖趋势将放慢,并有望于21世纪20年代中期逆转。     

太平洋次表层海温年代际变率及其突变特征

利用经验正交函数展开和滑动t检验等方法研究了太平洋次表层海温的年代际变率特征。研究表明，太平洋次表层海温在19800年前后从上至下，先后经历了一次显著的年代际突变，而且随深度不同存在着四种不同的空间突变模态，这四种模态的形成与北太平洋海温异常的西南潜沉路径有着密切的联系。从北太平洋窗口区潜沉的年代际信号沿西南路径传播到副热带地区，在温跃层160m上下与西太平洋向东北传播的异常信号汇合。因此，北太平洋沿西南潜沉路径传播的年代际信号对ENSO的影响可能是间接的，而热带西南太平洋则可能扮演更为重要的角色。     

CMIP6年代际气候预测计划（DCPP）概况与评述

年代际气候预测计划（DCPP）是第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）的子计划之一,其目标是利用多模式开展气候系统年代际预测、可预测性和变率机制研究。DCPP设计了3组试验,即年代际回报试验、预报试验以及理解年代际变率机制和可预测性的敏感性试验。目前有21个模式拟参与DCPP计划,其中包括5个来自中国的模式。DCPP将推动解决气候系统从年际到年代际尺度预测相关的多项科学问题,评估当前气候预测系统预报技巧,挖掘潜在可预报性,研究长时间尺度气候变率形成机制,提供对科学和社会有用的预测产品。     

太平洋地区海气系统年代际变率研究的若干进展

系统回顾了近年来太平洋地区海气系统年代际变率的研究进展,涉及大气环流、海洋状况及海气相互作用的年代际变化,以及产生这种年代际变率的主要机制,并简单讨论了目前该领域研究中存在的主要问题及研究前景.     

气候变率的性质

气候变率不仅起因于复杂的大气动力学特征,而且也由于大气、海洋、生物圈、冰雪圈等的反馈作用。一些外部因素,例如太阳变化,火山爆发和人为产生的污染也会影响气候。观测到的变化在时间尺度上从每天的天气波动直到温度、降水和大气坏流的十年期变化。长期变化包括平均状况和变率两方面的变化,如果不考虑全球状况,除对非常短的时间尺度外,是不能认识天气和气候的局地和区域变化的。本文用已经观测到的气候变化的一些例子来阐述上述看法,讨论了气候预报的可能性。对地球复杂气候系统认识的改进是进行实用的气候预报的先决条件,而且,显然需要更进一步的观测和模拟研究。     

北大西洋涛动指数的比较及其年代际变率

首先对各种北大西洋涛动（NAO）指数的定义进行了比较。发现冬季和夏季NAO的涛动中心有显著的差异,所以分别进行定义,定义时的中心由EOF分析及相关分析确定,新的定义能解释更多的海平面气压方差。在此基础上建立了1873年以来的冬、夏NAO指数序列。近百年来的NAO指数最突出的年代际变化是,夏季在1910～1920年期间的突变性质的增强,以及冬季近20多年来的持续加强。最后还对NAO年代际变化产生的可能原因进行了分析。     

近百年来热带太平洋海温年际及年代际时间变率特征的诊断研究

年际及年代际时间变率是当代气候研究的重要问题之一 ,通过对近百年热带太平洋海温资料做子波分析发现 ,2 0世纪 50年代以来的海温升高及频繁发生的 ENSO事件伴随着海温年代际时间尺度背景场的明显改变 ,同时还研究了其年代际及年际时间尺度时间变率特征。     

春季青藏高原积雪年际变率的年代际转型对东亚夏季风影响的研究进展

冬春青藏高原积雪异常是东亚夏季风的重要预测因子之一。本文系统回顾了近20年关于青藏高原积雪年际变率的年代际转型影响东亚夏季风的相关研究,主要结论如下：（1）20世纪90年代初春季青藏高原积雪的年际变率从东西偶极型转变为全区一致型,这主要受北太平洋、热带大西洋海温异常变化的影响,也与南极涛动、北极涛动的变化密切相关;（2）春季青藏高原积雪年际变率的年代际转型可通过影响东亚高层的副热带西风急流和低层的水汽输送,进而影响东亚夏季风降水格局变化;（3）青藏高原积雪异常可通过“高原大气河”的机制影响梅雨雨带;（4）大西洋年代际振荡可调节春季青藏高原积雪与梅雨降水关系的年代际变化,当大西洋年代际振荡为正（负）位相时,春季青藏高原积雪与梅雨的关系加强（减弱）。最后,本文对青藏高原积雪异常影响东亚季风变化的关键科学问题进行了讨论与展望。     

近百年热带太平洋海温年际及年代际 时间变率特征的诊断研究

年际及年代际时间变率是当代气候研究的重要问题之一，通过对近百年热带太平洋海温资料做子波分析发现,20世纪50年代以来的海温升高及频繁发生的ENSO事件伴随着海温年代际时间尺度背景场的明显改变，同时还研究了其年代际及年际时间尺度时间变率特征。     

气候标准序列变率

首先,综论已有气候序列变率的各种量数,提出气候标准序列变率和推导其与他种序列变率间的关系,以资比较。然后,推导了气候标准序列变率抽样分布的参数(平均数与方差),并证明了在正态假设下这些参数的简化结果和气候标准序列变率抽样分布函数中的参数是一致的。这些是本文的重点。最后,应用气候标准序列变率的一些统计理论说明其在资料统计方面的实用价值,指出其优越性。气候标准序列变率不仅可以分析气候特征,它可以用于研究气候变迁与旱涝规律,以及用于气候统计予报。