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太平洋海温年代际变化的成因及其气候影响
作者:华文剑               发布时间:2018-9-28 17:44:56              浏览量:178

年代际气候变化是指十到几十年时间尺度上的准周期气候变化,理解年代际气候变化的规律,是气候学研究的热点话题。大量研究表明,气候系统的内部变率和外强迫(自然强迫和人类活动)是驱动年代际气候变化的主要因素,但这些因素对历史时期的年代际气候变化的相对贡献还不清楚。太平洋年代际振荡(IPO/PDO),是太平洋的气候变率中具有类似ENSO空间结构但周期为10~30a的振荡模态,与全球和区域尺度的年代际气候变化存在着密切的联系。最近,有研究表明外强迫因子是影响太平洋海温年代际变化的不可忽视的因素,那么20世纪以来的IPO/PDO及其区域气候变化是否人类活动有关?

我院青年教师华文剑博士、博士生秦旻华与美国纽约州立大学Aiguo Dai教授开展合作研究,在太平洋海温年代际变化的成因及其气候影响方面取得重要进展,相关成果近期分别发表于国际期刊 Geophys. Res. Letts 和Int. J. Climatol。

研究利用多源海温观测和CMIP5多模式集成结果表明,1920年以来太平洋海温年代际变化主要由自然变率造成,而温室气体等外强迫因素能显著调节近20年来的海温变率。温室气体的增暖效应,以及气候系统对火山喷发造成的冷却效应(如1991年皮纳图博Pinatubo火山爆发)的恢复是造成1993-2012年热带太平洋增暖的主要原因。此外,人为排放气溶胶对太平洋海温的多年至十年变化也有一定影响。虽然人为气溶胶的作用在气候模式中存在很大的不确定性,但在一些气候模式的模拟结果中发现,人为排放气溶胶对1990年代末的IPO/PDO位相转折有一定贡献。以上研究成果不仅为外强迫和自然变率共同影响太平洋海温年代际气候变化提供了新的证据,也明确了人类活动影响年代际气候变化的全球格局和区域差异。

20世纪以来,全球发生了一系列年代际重大气候事件,如非洲萨赫勒地区在1970至1980年间出现的年代际干旱,中国北方地区也发生了持续几十年的干旱化。研究表明,中国北方地区干湿交替,存在明显的年代际变化特征。但前人研究主要集中于年平均和夏季降水的研究,很少关注秋季降水的年代际变化。秋季是北方地区的过渡季节,降水总量虽然不及夏季,但是秋季降水对作物生产和秋收有着至关重要的影响。研究证实了北方中部地区与IPO/PDO存在显著的负相关关系,在IPO/PDO负位相时期,在贝加尔湖附近出现异常低压和气旋性环流,有利于上升运动;而东亚-日本-北太平洋区域是正异常,导致东亚大槽减弱有利于槽后偏南风的产生。这种中纬度环流的配置使得我国北方中部地区的降水增多,反之亦然。

以上研究工作受到国家重点研发计划(2017YFC1502101、2016YFA0600702)、美国国家科学基金会项目(AGS-1353740)、国家自然科学基金(41605034)等共同资助。

相关文献:

Hua W, Dai A, Qin M. 2018. Contributions of internal variability and external forcing to the recent Pacific decadal variations. Geophysical Research Letters, 45(14), 7084–7092. https://doi.org/10.1029/2018GL079033

Qin M, Li D, Dai A, Hua W, Ma H. 2018. The influence of the Pacific Decadal Oscillation on North Central China precipitation during boreal autumn. International Journal of Climatology, 38(S1), e821–e831. https://doi.org/10.1002/joc.5410

 

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图1 (a)北太平洋(NP)、热带太平洋(TP)和南太平洋(SP)区域在1993-2012年间海温变化趋势(°C/每十年):外强迫和自然变率的贡献;(b)不同外强迫因子的变化趋势及其不确定性(°C/每十年)

 

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图2 (a)1948-2014年秋季 500hPa高度场的气候态(gpm);(b-d)PDO指数与500hPa高度场的空间相关:(b)NCEP/NCAR,(c)20CR,(d)JRA55;红线代表东亚大槽的位置,方框表示北方中部研究区域