溫室氣體增長對北太平洋海洋-大氣耦合系統(tǒng)的影響.pdf

1、20世紀(jì)以來，人類活動排放的溫室氣體持續(xù)增多，全球氣候系統(tǒng)都受到其影響。許多學(xué)者在研究溫室氣體增長造成的海洋和大氣變化時(shí)，通常采用變量變化的長期線性趨勢來代表溫室氣體增長的作用。本文首次明確指出：在研究北太平洋的大氣和海洋變化時(shí)，線性趨勢法并不適用，主要原因是北太平洋海洋—大氣耦合系統(tǒng)存在非常顯著的年代際尺度的自然變化，變量的線性趨勢會受到年代際振蕩的影響，難以準(zhǔn)確反映溫室氣體增長的作用。為了區(qū)分北太平洋海洋—大氣耦合系統(tǒng)中的自然變化和

2、溫室氣體增長帶來的變化，本文提出了一種能夠合理估算溫室氣體增長對海洋和大氣影響的新方法。該方法利用IPCC AR4中各模式在AlB溫室氣體排放情景下的結(jié)果，求得溫室氣體增長對氣候變量的影響系數(shù)，給出了估算溫室氣體影響的公式。利用該方法對20世紀(jì)后50年北太平洋海洋和大氣變化進(jìn)行評估，取得以下創(chuàng)新性成果： 1.在溫室氣體增長背景下，北太平洋海表面呈現(xiàn)全海盆一致增暖，平均升溫約0.33℃，中低緯度海區(qū)小于0.4℃，而高緯度和極地海區(qū)

3、高于0.6℃。在整個(gè)北太平洋海盆(20°N-70°N，120°E-100°W)平均情況下，海面空氣相對濕度增長、海氣溫差減小和海表面風(fēng)速增強(qiáng)對潛熱釋放的貢獻(xiàn)分別為-1.7 W/m2，-2W/m2和3.92 W/m2，故北太平洋潛熱釋放增多0.22 W/m2;由于海氣溫差減小，感熱通量變化為-0.4 W/m2。海面接受短波輻射減少0.33 W/m2，凈向下長波輻射增加0.53 W/m2。北太平洋平均的凈熱通量變化為-0.37 W/m2，黑

4、潮及其延伸體區(qū)域的凈熱通量變化幅度最強(qiáng)，約為-3 W/m2。總體來說，在溫室氣體增長的情況下，由于氣溫的升高幅度高于海溫，因此北太平洋海洋向大氣的放熱減少。 2.在溫室氣體影響下，冬季北太平洋中緯度對流層500hPa位勢高度均方差在風(fēng)暴軸氣候平均位置內(nèi)(40°N-50°N，140°E-160°W)有所減小，最大幅度為-1.2gpm，表明風(fēng)暴軸活動有減弱趨勢，主要原因是大氣斜壓性減弱，表現(xiàn)為中緯度風(fēng)暴軸區(qū)域的大氣斜壓性指數(shù)Eady

5、增長率減小，最大變幅達(dá)到-0.12 s-1，約為氣候平均值的2％。中緯度1000hPa層位勢高度在阿留申低壓的氣候平均位置處(40N-60N，150E-140W)的變化表現(xiàn)為正異常，中心值高于3gpm，表明冬季阿留申低壓有減弱的趨勢。對比研究指出，前人通過觀測資料分析得到的近幾十年北太平洋風(fēng)暴軸和阿留申低壓加強(qiáng)的結(jié)論，更可能是北太平洋年代際變化這一自然變化的結(jié)果，而不能代表溫室氣體的影響。 3.通過研究20世紀(jì)后50年質(zhì)量通量流

6、函數(shù)的變化發(fā)現(xiàn)，在溫室氣體影響下，Hadley環(huán)流在南北半球的下沉支位置都有向極地方向移動的趨勢，但整個(gè)環(huán)流圈拓寬的幅度很小，全球平均情況下不超過0.2°，同時(shí)Hadley環(huán)流的強(qiáng)度有所減弱，幅度約為氣候平均的0.9％。前人通過對觀測資料求線性趨勢發(fā)現(xiàn)的Hadley環(huán)流圈顯著拓寬(1979年以來拓寬約2個(gè)緯度)的現(xiàn)象，很有可能是氣候系統(tǒng)年代際自然變化與溫室氣體增長二者共同作用的結(jié)果，并且主要體現(xiàn)了年代際自然變化。 上述結(jié)論初步揭