【摘要】：南半球中高緯度大氣環(huán)流是由Eddy驅(qū)動的緯向流所主導(dǎo)的。由于陸地的缺失，南半球中高緯度大氣環(huán)流具有明顯的緯向?qū)ΨQ性。南半球中高緯度大氣環(huán)流的變化對于海洋環(huán)流和全球碳循環(huán)都有著重要影響。本文圍繞南半球中高緯度大氣環(huán)流的長期變化這一科學(xué)問題，采用觀測資料、大氣再分析資料、海洋再分析資料和MOM5海洋模式詳細分析了最近三十年來南半球中高緯度大氣環(huán)流變異及其對南大洋的影響。 大氣再分析資料和氣候模式都表明在最近三十年南半球中高緯度緯向流有明顯的加強趨勢。前人研究將南半球中高緯度緯向流的加強趨勢解釋為：南極臭氧衰減現(xiàn)象激發(fā)了南半球環(huán)狀模態(tài)（SAM）指數(shù)的增加趨勢，導(dǎo)致南半球中高緯度緯向流的增強趨勢。但是，，南極臭氧衰減現(xiàn)象具有明顯的季節(jié)性特征，其主要出現(xiàn)在南半球春季。南極臭氧衰減對緯向流的長期趨勢的影響局限在南半球春季和夏季。本文詳細分析了影響南半球中高緯度緯向流長期趨勢的三種主要因素：SAM、南極臭氧衰減和海表面溫度（SST）。首先，我們采用回歸分析方法檢驗了SAM、南極臭氧衰減和南大洋SST經(jīng)驗正交函數(shù)分解（EOF）第一模態(tài)對于南半球中高緯度緯向流長期趨勢的貢獻程度。我們發(fā)現(xiàn)，SAM、南極臭氧衰減和SST的變化都是通過Eddy動量通量輻聚/輻散驅(qū)動緯向流的長期趨勢。SAM和南極臭氧衰減對于南半球中高緯度緯向流長期趨勢的貢獻局限在南半球春季和夏季，這是由于南極臭氧衰減的季節(jié)性特征造成的。SST的變化在幾乎全年12個月份都對南半球中高緯度緯向流的長期趨勢有重要貢獻。這表明SST的變化是驅(qū)動南半球中高緯度緯向流長期趨勢的重要因素。我們對SST影響南半球中高緯度緯向流長期趨勢的相關(guān)機制進行了如下解釋：SST的EOF第一空間模態(tài)具有較強的緯向?qū)ΨQ性和明顯的經(jīng)向溫度梯度；其變化會激發(fā)南半球中高緯度緯向流的斜壓響應(yīng)；緯向流的斜壓性會通過Eddy活動加強對流層上層的斜壓響應(yīng)，并讓對流層低層的斜壓響應(yīng)反號，從而導(dǎo)致緯向流的相當正壓結(jié)構(gòu)的長期趨勢。我們進一步分析了850hPa等壓面上南半球中高緯度緯向流的斜壓性，相關(guān)結(jié)果進一步證明了上述解釋。 之后，我們將目光放到ENSO和SAM之間相關(guān)性的長期變化及其對南半球中高緯度大氣環(huán)流的長期影響。ENSO和SAM是影響南半球中高緯度大氣環(huán)流的兩種主要氣候模態(tài)。前人研究表明ENSO和SAM之間可能存在統(tǒng)計顯著的相關(guān)關(guān)系，并且ENSO-SAM相關(guān)性可能會影響到ENSO在南半球中高緯度大氣環(huán)流場中的遙相關(guān)。我們首先對ENSO和SAM進行滑動相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)在南半球春季ENSO-SAM相關(guān)性存在明顯的長期變化，在南半球夏季ENSO和SAM之間存在長期穩(wěn)定的相關(guān)性。進一步分析發(fā)現(xiàn)在南半球春季ENSO-SAM相關(guān)性的長期變化是由于ENSO相關(guān)的緯向流異常場出現(xiàn)了長期變化，改變了Eddy動量通量輻聚/輻散的作用方式，進而調(diào)制了SAM事件的發(fā)展，導(dǎo)致了ENSO-SAM相關(guān)性的增強趨勢。在南半球夏季ENSO和SAM之間長期穩(wěn)定的相關(guān)性是由于ENSO相關(guān)的南半球中高緯度緯向流斜壓性的變化影響了Eddy活動，進而調(diào)制了SAM事件的發(fā)展，導(dǎo)致了ENSO和SAM之間的統(tǒng)計顯著的相關(guān)性。之后，我們分析了當ENSO-SAM相關(guān)性出現(xiàn)長期變化時ENSO在南半球中高緯度的遙相關(guān)是怎樣變化的。我們發(fā)現(xiàn)在南半球春季當ENSO-SAM相關(guān)性出現(xiàn)長期變化時，ENSO在海表面氣壓場中的遙相關(guān)也表現(xiàn)出了明顯的長期變化。海表面氣壓場的長期變化會通過溫度平流作用增強表面大氣溫度場和SST場中的ENSO遙相關(guān)。 之后，我們將眼光放到南大洋SST的長期變化上，分析南大洋SST長期趨勢的相關(guān)機制，并討論SST長期趨勢與南半球中高緯度緯向流長期趨勢之間的聯(lián)系。我們發(fā)現(xiàn)在最近三十年來南大洋SST在印度洋扇區(qū)表現(xiàn)出了顯著的增暖趨勢，而在太平洋扇區(qū)和大西洋扇區(qū)表現(xiàn)出了顯著的變冷趨勢�；旌蠈訜崃渴罩г\斷結(jié)果表明：在印度洋扇區(qū)水平平流項和卷挾項共同驅(qū)動了SST的增暖趨勢，而海表面熱通量項起到了阻礙SST變暖的作用；在太平洋扇區(qū)和大西洋扇區(qū)，海表面熱通量項是導(dǎo)致SST變冷趨勢的主要因素。進一步分析發(fā)現(xiàn)，混合層深度在整個南大洋的加深導(dǎo)致了海表面熱通量項的長期變化，而混合層深度的加深可能是由于南半球中高緯度大氣環(huán)流的加強趨勢導(dǎo)致的。 最后，我們利用全球海洋-海冰耦合模式研究了南半球中高緯度大氣環(huán)流長期變化對于南大洋的影響。我們進行了南大洋對于表面西風(fēng)加強的敏感性數(shù)值實驗，以此來檢驗?zāi)洗笱蟊韺訙囟�、鹽度、流速等海洋要素和海冰密集度、海冰厚度、海冰運動速度等海冰相關(guān)物理量在表面風(fēng)場加強的背景下會有怎樣的變化。模式結(jié)果表明：當表面風(fēng)場加強后，表層溫度最明顯的變化出現(xiàn)在太平洋扇區(qū)，表現(xiàn)為顯著的降溫變化；表層鹽度在整個南大洋都有所增加；表層流速最明顯的變化出現(xiàn)在太平洋扇區(qū)，表現(xiàn)為明顯的赤道方向的異常流動；海冰密集度和海冰厚度在威德爾海明顯變��；海冰運動速度顯示海冰會離開威德爾海向東堆積。因此，威德爾海海冰減少的主要原因是：（1）表面風(fēng)場的加強變化將更多的來自南極半島的暖空氣輸送到威德爾海；（2）海冰加速離開威德爾海向東堆積。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：P434;P731

【共引文獻】

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本文編號：2283536