溫室氣體增長對(duì)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(dòng)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(huì)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(duì)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(duì)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(duì)20世紀(jì)后50年北太平洋海洋和大氣變化進(jìn)行評(píng)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(duì)濕度增長、海氣溫差減小和海表面風(fēng)速增強(qiáng)對(duì)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(duì)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(dòng)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(duì)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(dòng)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(duì)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