本文利用德國馬克思-普朗克氣象研究所(Max-Planck-Institute forMeteorology)海洋大氣耦合模式ECHAM5/MPIOM模式最新計算的海洋數據，對大西洋子午向翻轉流(MOC, Meridional Overturning Circulation)周期性振蕩現象及其振蕩產生機制進行研究，并著重分析了在四種不同的輻射強迫情景下大西洋MOC強度、振蕩周期、振蕩主成分等因子的變化情況。該研究是第五階段國際耦合模式比較計劃(CMIP5, Coupled Model Intercomparison Project Phase5)的一部分，除為大西洋MOC的振蕩機制研究做出貢獻外，也為國際間不同耦合模式之間的比較、檢驗和改進提供了數據支持。另外，對不同輻射強迫情景下大西洋MOC的響應分析能夠幫助政府間氣候變化專門委員會(IPCC, IntergovernmentalPanel on Climate Change)研究未來氣候變化趨勢及可能情景，為各國政府提供制定相應限制或減少碳排放等政策的依據。 本文首先利用ECHAM5/MPIOM模式在固定的歷史輻射強迫Historical情景下產生的海洋數據，通過經驗正交函數(EOF, Empirical Orthogonal FunctionsDecomposition)分解、小波分析、相關性分析、回歸分析等多種方法對大西洋MOC振蕩區(qū)域、振蕩周期、振蕩主要模態(tài)進行研究，并對一個完整的振蕩過程進行描述。得出結論如下： 1. MOC異常值最大發(fā)生在北大西洋0°-50°N區(qū)域，尤其在50°N附近。MOC年際振蕩周期為1年，年代際振蕩周期為30-50年。 2. MOC振蕩機制：初始由MOC較強開始，此時表層北向流函數及深層南向流函數均為高值，由低緯向高緯的熱量輸送較大，高緯地區(qū)溫度異常增高，海表密度下降，導致高緯海區(qū)下沉水下沉深度變淺，北大西洋深層水生成減弱，MOC環(huán)流開始減弱，此時表層北向流函數及深層南向流函數均降低，由低緯向高緯的熱量輸送減小，高緯地區(qū)溫度因此降低，高緯海區(qū)下沉水下沉深度加深，北大西洋深層水生成增強，MOC環(huán)流重新增強。另外，當溫度升高，海表密度降低時，海平面高度增加，形成一個由升高中心指向四周的壓強梯度力。根據地轉平衡關系，形成一個反氣旋式的環(huán)流，抑制了北大西洋暖流的流動，使得向高緯地區(qū)的熱量輸送減小。一個完整的振蕩過程周期為52年。 之后，本文進一步探討了在輻射強迫演變背景下，全球海洋溫度、鹽度異常區(qū)域分布、海洋與大氣的熱交換以及大西洋MOC在不同輻射強迫下的演變情況，重點分析大西洋MOC對不同輻射強迫的響應。本文特別利用四組不同強迫輻射條件下的海洋數據，分析了大西洋MOC在這四組強迫輻射條件下環(huán)流強度、振蕩周期以及對MOC經向流函數做EOF分解所得第一主成分的變化情況。所得結果如下： 1. SST在Rcp26、Rcp45、Rcp85情景下分別升高0.5℃、0.95℃、2.2℃，升溫區(qū)域分別為北大西洋高緯海區(qū)、北大西洋高緯海區(qū)和赤道地區(qū)、全球海區(qū)。全球平均鹽度基本維持不變，但不同區(qū)域的鹽度仍有較明顯的變化。隨輻射強迫增加，拉布拉多海(LAB, Labrador Sea)海域獲得了更多來自大氣的熱量，而格陵蘭-冰島-挪威海(GIN, Greenland-Iceland-Norway Seas)海區(qū)向大氣釋放了更多的熱量。 2. MOC經向流函數距平正負異常交替出現，異常振蕩區(qū)域呈現菱形，表明異常隨時間由北半球高緯度向南傳播，驗證了北半球高緯度海區(qū)是MOC振蕩的發(fā)源地。隨著輻射強迫的增大，MOC經向流函數距平值呈現增長趨勢，表明振幅增強，振蕩能量增大。在Rcp85情景下，MOC指數降低16Sv，約70%左右，而在其他兩情景下變化不大。 3.對MOC經向流函數距平場的EOF分解結果顯示，第一主成分方差貢獻率隨強迫輻射增強有顯著提升，Rcp26、Rcp45、Rcp85情景分別對應29%，32%和82%的方差貢獻。 大西洋MOC下沉海流位于北大西洋高緯地區(qū)的GIN海域和LAB海域，它是整個大西洋MOC循環(huán)的重要驅動力。因此本文特別探討了這兩個區(qū)域海表面溫、鹽及混合層深度等參數在不同輻射強迫條件下的改變情況。研究得到以下結論： 1. LAB海域混合層深度對輻射強迫變化敏感。主要有以下兩點原因：首先MOC異常值最大發(fā)生在北大西洋LAB海域附近，同時北大西洋高緯度GIN海域MOC異常值非常弱。異常值由50°N附近（對應LAB海域以南區(qū)域）向南傳播，因此認為LAB海域是振蕩信號的發(fā)源地。其次由于60°N附近格陵蘭－蘇格蘭海脊（平均深度600m）導致的信號傳播“屏障”導致GIN對輻射強迫變化不敏感。 2.混合層深度距平隨著輻射強迫的增加而減小，意味混合層逐漸趨于穩(wěn)定。海表鹽度對LAB海域混合層深度的影響大于海表溫度的影響；在GIN海域，鹽度和溫度對混合層深度的影響程度大致相同。GIN海域與LAB海域溫度對混合層深度的影響時間較長遠，為年代際量級，而混合層深度對鹽度的變化反應迅速，反應時間約在10年左右。
【學位單位】：中國海洋大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2013
【中圖分類】：P732;P731
【部分圖文】：

不同輻射強迫背景下大西洋經向翻轉流變化分析 中國海洋大學碩士研究生學位論文1.2 研究背景1.2.1 MOC 定義MOC 指包括風生流在內的大西洋子午向翻轉流，是大西洋海盆尺度的循環(huán)，包括海水表層的極向輸運、高緯度海水沉降和向著赤道方向返回的深層流。與子午向熱鹽環(huán)流（THC, Thermohaline circulation）相比 MOC 增加了風生流部分，更加接近實際情況。盡管 MOC 與 THC 包含不同的內容，但一般情況下可以通用。MOC 通過在不同緯度間的循環(huán)流動，將低緯地區(qū)盈余的熱量向大西洋各個緯度輸運，對大西洋子午向的熱量輸送起到了重要的作用，強烈影響著歐洲氣候的變化。

不同輻射強迫背景下大西洋經向翻轉流變化分析 中國海洋大學碩士研究生學位論文從南到北熱輸送皆為正值。這充分顯示了大西洋子午向熱量輸送在全球子午向熱量輸送中占據重要地位。由于大氣環(huán)流的作用，降水在全球分布不均勻，高緯地區(qū)受溫度影響蒸發(fā)小，而降水多，淡水通量為正，低緯地區(qū)除熱帶輻合帶(ITCZ, Intertropical ConvergenceZone)外蒸發(fā)強烈而降水小，淡水通量為負，因此決定了低緯地區(qū)海水高溫高鹽，高緯地區(qū)海水低溫低鹽的特性。

為 Rcp26、Rcp45、Rcp6 和 Rcp85），對應數字值，單位為 W/m2，時間長度為 2006 年-2100情景、Rcp45 為中強度強迫輻射情景、Rcp85 情景 Rcps 不僅能夠提供更加真實且可操作性影響評估提供方便直觀的數據支持。為研究更對應設立四組延伸濃度路徑（Ecps，Extend度為 2101 年-2300 年，是 Rcps 情景的延伸部 Rcp 情景。另外，以歷史輻射強迫數據資料850 年-2005 年的海洋大氣數據資料，這段時間（Historical）情景，下文簡稱 His 情景。在本 排放情景特別報告中設計的輻射強迫濃度變圖 1-3 中，2005 以前的藍線代表實測和替代輻射強迫值。
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本文編號：2874853