20世纪全球海温变化主要模态对亚澳气候的影响

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亚澳季风系统是全球最大的季风系统,研究亚澳季风系统的长期趋势及年代际变化的原因,有利于我们认识该地区长时间尺度的旱涝及温度变化规律,进而为该地区的长期气候预测能力提供理论基础。本文利用气候变化与可预报性研究计划(U.S.Climate Variability and Predictability component of the World ClimateResearch Program,CLIVAR)干旱工作组(Drought Working Group)设计的用20世纪全球海温变化主导模态强迫五个大气环流模式的理想试验的结果,讨论了这些海温变化模态对亚澳地区降水和地表气温年代际及长期趋势的影响。另外,还利用实际观测资料分析了亚澳地区降水和地表气温长期趋势及年代际变化的基本特征,并与模式结果作对比,讨论了亚澳地区不同区域的降水和地表气温的年代际或长期趋势中各海温模态所占的贡献大小。论文的主要研究结论主要结论如下:   (1)五个大气环流模式对于亚澳地区气候的模拟能力   模式对于气候态的模拟能力是本文分析不同海温模态对亚澳气候影响的研究基础。通过对模式控制试验的结果和实际观测资料作对比,可以发现五个模式能大致抓住了澳大利亚、亚洲及西太平洋地区的降水、对流层低层环流及地表气温的变化特征。但是,西北太平洋地区的环流和降水的模拟结果和实际观测资料存在较大偏差。模式中位于西太平洋的季风槽强度偏强,位于西北太平洋上空的副热带高压位置偏北,另外模式没有模拟出位于东亚地区的副热带降水雨带。   (2)20世纪全球海温变化的前两个主导模态对亚澳地区降水及地表气温的影响   20世纪全球海温变化的前两个主导模态为全球海温增暖趋势和类ENSO海温模态。全球海温增暖趋势在空间上表现为几乎全球都增暖的海温型,它会导致印度洋和海洋性大陆降水加强,南亚季风区、南海以及菲律宾海地区降水减弱。同时,它会使东北澳大利亚降水增加。从降水异常的季节演变来看,北半球的降水异常主要发生在北半球晚夏(7月、8月和9月),而南半球的降水异常则主要发生在南半球夏季(12月、1月、2月和3月)。类ENSO海温型在空间上表现为中东太平洋海温异常增暖,同时在副热带西太平洋地区为海温异常偏冷。类ENSO正海温模态会引起海洋性大陆及澳大利亚北部地区降水减少,孟加拉湾、中国东南部及日本海地区为降水增加。这种降水异常主要发生在北半球的冬季(12月、1月、2月和3月)。此外,和降水变化特征不同的是,全球海温增暖趋势和类ENSO海温模态对地表气温的影响总体来说没有显现出明显的季节差异特征。   (3)全球海温趋势对亚洲晚夏降水的影响   在全球海温增暖趋势中,印度洋和西太平洋的相对暖海温会导致热带西太平洋地区的降水减弱,并在西北太平洋地区激发出一个异常的反气旋式环流特征,从而加强西北太平洋副热带高压的强度。而同时,印度洋相对较强的增温趋势会减小印度洋和印度半岛之间的热力差异,从而减弱印度洋上空的西风强度,并进而导致南亚季风区和南海地区晚夏降水的减少。此外,我们还利用实际观测资料分析了20世纪亚洲地区晚夏降水的趋势变化。结果表明,模式中全球海温增暖趋势所导致的海洋性大陆降水增加同实际观测中该地区的降水趋势相似,而模拟的东亚地区降水异常却和实际观测资料有明显的差异。本文对这一差异产生的可能原因进行了详细讨论,认为可能与模式气候态模拟偏差、多因子影响等原因有关。   (4)类ENSO海温模态和全球海温增暖趋势对东北澳大利亚夏季降水年代际的影响   观测资料和模式结果均表明:类ENSO正(负)海温模态会导致东北澳大利亚夏季年代际降水明显减少(增加),这种海温模态能解释东北澳大利亚夏季降水年代际变化40%的方差;全球海温增暖趋势会造成东北澳大利亚夏季年代际降水增加,但这种影响较弱。因此,全球海温增暖趋势可以部分抵消类ENSO正海温模态引起的东北澳大利亚夏季降水年代际减少,加强类ENSO负海温模态引起的东北澳大利亚夏季降水年代际增加。此外,类ENSO正(负)海温模态的中的西南太平洋异常冷(暖)海温会在西南太平洋和整个澳大利亚大陆上空的对流层低层激发一个反气旋(气旋)式环流异常,从而减弱(加强)澳大利亚北部的气候态气旋式环流,进而使东北澳大利亚夏季降水增加。全球海温增暖趋势中的珊瑚海地区的相对暖海温会在东北澳大利亚上空的对流层低层激发一个弱的气旋式环流,从而加强该地区的气候态夏季降水。   (5)全球海温增暖趋势对亚澳大陆地表气温的影响   在模式结果中,全球海温增暖趋势会导致整个亚洲及澳大利亚地区地表气温的增暖。而实际观测资料也表明,20世纪亚洲和澳大利亚大陆地表气温主要表现为几乎一致的增暖现象。两者之间的相似性表明,全球海温增暖趋势很可能是20世纪亚洲和澳大利亚地区地表气温增暖的一个主要原因。另外,实际观测中,20世纪亚洲北部的地表增温约为0.3℃,而在模式结果中,地表增温为0.2℃,因此,全球海温增暖趋势所造成的地表增暖约为实际该区域地表增暖的2/3。而对于亚洲南部而言,观测和模拟的地表增暖分别为0.14℃和0.18℃,同时在西澳洲西南地区,观测和模拟的地表气温分别升高0.35℃和0.32℃。这意味着,对于亚洲南部和西澳西南地区而言,全球海温增暖趋势很可能对这两个地区地表增暖的主导原因。而对亚洲北部地区来说,实际观测中的地表温度增暖很可能还有其他因子的贡献。
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