大西洋热盐环流减弱对热带太平洋气候平均态及ENSO的影响

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通过耦合模式的淡水试验,本文重点研究大西洋热盐环流减弱的情况下,全球气候平均态以及热带太平洋年际变率如何改变,以及造成这些变化的原因。不同模式给出了不同结果,在NCAR的地球气候系统模式(CESM)中热盐环流减弱导致ENSO强度减弱,而在FOAM模式中热盐环流减弱对ENSO没有明显的影响。这与模式的模拟能力,以及热带太平洋气候背景场对热盐环流减弱的响应不同有关。  淡水强迫在两个模式中引起的全球气候平均态的变化符号基本一致。加入淡水扰动后,大西洋经向翻转流在几十年内急剧减弱甚至消失。使得大西洋经向热量输送减少,北半球向北的热量输送减少,南半球向南的热量输送增加,导致北大西洋SST降温6-9℃,同时南大西洋SST升温1-2℃。北大西洋SST的降温造成其上空反气旋增强,反气旋南部偏北风应力增强,使热带大西洋有较强的偏北风应力异常,最终造成大西洋ITCZ向南移动。大西洋的气候变化主要通过大气桥远程影响到太平洋,热带ITCZ南移,太平洋SST的变化与大西洋类似,北太平洋SST降温而南太平洋SST稍有升温。  但是热带太平洋气候平均态对两个模式试验的响应程度不同。我们分别将CESM和FOAM控制试验的SST模拟结果和Hadley中心的观测数据HadISST1作对比,重点分析两个模式对热带太平洋SST气候平均态及年际变率的模拟情况。CESM控制试验得到的热带太平洋气候背景场SST的空间分布、年际变率的变化振幅和频率、赤道东太平洋SST的季节循环强度等等都比较接近观测情况。相应地,淡水扰动引起的热带太平洋气候响应也更敏感。受大西洋热盐环流减弱的影响,北太平洋SST降温而南太平洋SST升温,使热带太平洋SST的经向温度梯度增大,产生越赤道偏北风应力异常,造成太平洋ITCZ也向南移动。同时,赤道西太平洋SST降温而赤道东太平洋SST升温,使赤道太平洋纬向温度梯度减小,最终造成ENSO减弱。其他因素如赤道太平洋温跃层深度和倾斜度、赤道东太平洋季节循环强度等,都没有对ENSO造成明显影响。因此,在CESM中大西洋热盐环流减弱引起ENSO的强度减弱,但ENSO的空间型态和频率没有显著变化。  FOAM控制试验中热带太平洋的SST模拟结果有较强的双ITCZ现象,赤道西太平洋暖池区域 SST偏低,同时整个热带东太平洋SST都偏高,纬向温度梯度比实际情况偏小。因此模拟得到的ENSO强度比观测情况偏弱,控制试验下ENSO周期不到2年。由于FOAM中明显的双ITCZ现象,模拟得到的赤道东太平洋SST季节循环的周期较短,甚至半年就完成一个周期。在FOAM中受淡水强迫的影响,整个赤道太平洋SST都略有升温,但年平均值变化很小,相对变化约0.4%。因此赤道太平洋SST的纬向和经向温度梯度都没有太大变化。相应地,风应力变化也较小,太平洋ITCZ的位置基本保持不变。大西洋热盐环流减弱前后热带太平洋温跃层的深度和倾斜度都几乎不变。赤道东太平洋的季节循环也没有受到明显影响。由于FOAM控制试验对ENSO强度的模拟偏弱,并且影响ENSO的主要因素在淡水试验中都基本保持不变,所以FOAM中ENSO的空间分布、强度和频率基本没有受到淡水扰动的影响。  综合两个模式得到的不同结果,我们再一次验证了热盐环流减弱对全球气候的重要作用,也定量了热带太平洋气候背景场对ENSO的影响。这些分析有助于我们更好的理解大西洋对太平洋远程影响的过程机制,也有利于我们对古气候突变过程的理解以及对未来气候变化的评估。
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