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热带印度洋海表温度主模态的长周期变化及对温室气体增加的响应

郑小童

   本文使用观测资料、大气-海洋耦合模式数据以及各种统计方法,研究热带印度洋海表温度(SST)年际变化主要模态,即海盆一致(IOB)模态和偶极子(IOD)模态在长时间尺度上的自然变化以及对温室气体增加的响应。使用两个上百年长度的海洋大气耦合模式结果,首次综合研究了IOD模态强度的数十年到上百年变化以及对温室气体增加的响应;使用多种观测资料确定了IOB模态在20世纪70年代的变化,揭示了其物理本质;使用海洋大气耦合模式验证了模式中ENSO强度的变化对IOB模态的影响及IOB模态的“电容器效应”;研究了模式中IOB模态及其“电容器效应”对温室气体增加的响应。取得了如下创新性成果: 1.发现IOD模态的强度变化存在明显的数十年到上百年的周期,证实了东赤道印度洋平均温跃层深度长周期变化是IOD模态的强度自然变化的主要机制。揭示了当赤道东印度洋海区的温跃层变浅时,温跃层反馈作用会加强,由此会引起IOD模态强度的增加和其他特征的改变。 提出了热带印度洋IOD模态的形成不仅与赤道东印度洋海区的温跃层深度有关,也与大气的反馈作用(SST与海面风的相互作用)有关,发现了在温室气体增加过程中,热带印度洋温跃层反馈作用加强,大气反馈作用减弱,IOD模态强度变化不大。这是由于全球变暖中对流层静力稳定度的增强,与IOD模态相关的纬向风异常减弱。该作用与温跃层反馈作用对IOD模态强度的效应相反,导致IOD模态强度几乎不变。 2.揭示了由于热带太平洋的ENSO强度有明显的年代际变化,导致热带印度洋IOB模态在1970年代气候跃迁之后有所加强;证实了1970年代气候跃迁前后IOB模态形成过程中西南印度洋Rossby波、热带北印度洋夏季SST异常和赤道的反对称风的差异;发现1970年代气候跃迁后IOB模态及其“电容器效应”加强从而导致夏季热带西北太平洋表面反气旋环流增强。此外根据海洋大气耦合模式验证ENSO强度的变化会引起IOB模态的年代际变化。 3.发现了在温室气体加倍后IOB模态在夏季增强,并持续时间更长,特别是热带印度洋反对称风场形态以及北印度洋夏季增暖更加明显;提出了该现象可能与西太平洋年际变化在温室气体加倍后增强有关。揭示了IOB模态的增强会导致“电容器效应”的加强,热带西北太平洋表面反气旋异常环流持续时间更长。 以上研究进一步检验了热带印度洋SST年际变化主要模态形成与维持的动力学过程,揭示了这些过程在长周期变化和对温室气体增加的响应中扮演的角色,不仅加深了对热带印度洋和太平洋海洋动力学与海洋-大气相互作用的认识,也为印度洋-太平洋-东亚气候系统的长期变化预报提供了理论依据。……   
[关键词]:印度洋海盆模态;印度洋偶极子模态;“电容器效应”;年代际变化;温室气体增加
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:中国海洋大学2010年
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