【摘要】：地球是太陽系的一個行星,由大氣層包裹,大氣環(huán)流作為氣象學(xué)中重要的一部分,表征了大氣的動力過程,大氣角動量及其平衡是主要誘因之一。固體地球和大氣之間的角動量平衡及傳輸,直接影響著大氣環(huán)流的變化,進(jìn)而決定了全球氣候的變化方向。本文利用大氣再分析數(shù)據(jù)計算出了近70年的大氣角動量及力矩的值,詳細(xì)分析了其在不同空間尺度和時間尺度上的變化,討論了基于再分析數(shù)據(jù)計算的地氣角動量與理論推導(dǎo)結(jié)果之間的差異。結(jié)合太陽黑子數(shù)據(jù)和太陽總輻射數(shù)據(jù),通過太陽活動峰谷年合成差異和EMD信號分解方法,分析了太陽活動對大氣角動量和力矩的影響,并試圖尋找太陽活動影響氣候變化的可能物理機(jī)制,通過分析研究,本文的主要結(jié)論如下:(1)基于NCEP/NCAR從1948到2015年間的第一套再分析數(shù)據(jù),本文計算出了全球范圍內(nèi)日平均的大氣角動量和力矩,并對其時空變化特征進(jìn)行了分析研究。從長期變化趨勢來看,大氣相對角動量和歐米伽角動量呈顯著上升趨勢;摩擦力矩呈顯著下降趨勢;山脈力矩和重力波力矩為上升趨勢�？偟拇髿饨莿恿砍曙@著上升趨勢,但是總力矩呈下降趨勢。在季節(jié)尺度上,大氣相對角動量和摩擦力矩、山脈力矩變化較大,在北半球受夏季風(fēng)影響顯著,但是大氣歐米伽角動量和重力波力矩變化較小。在年際以上時間尺度,摩擦力矩對于地氣角動量傳輸?shù)淖饔靡h(yuǎn)大于山脈力矩和重力波力矩。全球山脈力矩主要源自青藏高原、安第斯山脈和落基山脈區(qū)域,其中青藏高原貢獻(xiàn)最大。本文還對摩擦力矩與緯向風(fēng)速之間的關(guān)系及影響過程進(jìn)行了詳細(xì)研究,發(fā)現(xiàn)兩者具有很高的相關(guān)性,其中南半球中低緯的緯向風(fēng)對全球摩擦力矩貢獻(xiàn)比北半球要大。(2)在前人理論研究中,公式是在理想情況下推導(dǎo)出來的,忽略了很多小量,但是在現(xiàn)實中部分量隨著時間的累積,其作用將越來越大,最終成為不可忽視的量。本文從接近于現(xiàn)實的大氣再分析數(shù)據(jù)出發(fā),從各個時間尺度上分析力矩和大氣角動量之間的關(guān)系以及現(xiàn)有理論公式的適用范圍。加入被前人研究中忽視的重力波力矩,使得短時間范圍內(nèi)力矩與大氣角動量更好的耦合起來。在年代際時間尺度上,即便加入重力波力矩,總力矩與大氣角動量也無法完全一致,兩者之間出現(xiàn)很大的誤差。(3)整個地球作為一個封閉的系統(tǒng),固體地球的角動量變化,通過地氣耦合,也會影響大氣角動量及運(yùn)動的改變。通過固體地球自轉(zhuǎn)速度變化的表征量一日長,就可以看出地氣軸向角動量傳輸變化的過程及其環(huán)流的變化,也可以驗證大氣數(shù)據(jù)計算結(jié)果的正確性。本文利用IERS高精度日長數(shù)據(jù),通過信號分解,研究了日長與大氣角動量、力矩在不同時間尺度上的關(guān)系。在季節(jié)尺度上,大氣角動量和日長相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.9以上。隨著時間尺度的增加,大氣角動量與日長的相關(guān)性也開始減弱�？偭嘏c日長的相關(guān)性并不顯著,但摩擦力矩的累積值與日長具有很好的相關(guān)關(guān)系。(4)在經(jīng)過前文的研究后,能夠了解到大氣角動量、力矩的分布特征和變化規(guī)律,對大氣角動量與大氣環(huán)流之間的關(guān)系有了深刻了解。只要將太陽活動與大氣角動量聯(lián)系起來,就可以通過大氣動力學(xué)方法解釋一部分的太陽與氣候變化之間的關(guān)系。太陽黑子數(shù)與太陽總輻射數(shù)據(jù)作為表征太陽活動的量,將被利用起來。本文通過太陽黑子峰谷年差異分析發(fā)現(xiàn),太陽活動峰值年的全球大氣相對角動量、歐米伽角動量和山脈力矩均高于谷值年,而摩擦力矩則低于谷值年,其中夏季低緯范圍內(nèi)的大氣相對角動量和摩擦力矩差異最明顯。通過太陽黑子與大氣相對角動量之間的相關(guān)分析,發(fā)現(xiàn)在400hPa高度,大氣角動量對太陽活動變化響應(yīng)最顯著。
【圖文】：

這需要ＳＯＲＣＥ衛(wèi)星堅持對太陽的觀測至少要持續(xù)一個太陽活動周。Ｔｕｎｇ邋ａｎｄ逡逑Ｃａｍｐ邋（２００８）在研究全球地表平均氣溫與太陽總輻照度（ＴＳＩ）關(guān)系的時候發(fā)現(xiàn)，兩者有逡逑較好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)０．４８邋（圖１．１）。Ｓｃａｆｅｔｔａ邋（２０１０）認(rèn)為１９７０年以來的全球變暖逡逑至少６０邋％可以歸因于太陽周期活動的變化。太陽活動與全球區(qū)域溫度的關(guān)系也比較明逡逑顯，，Ｒａｓｐｏｐｏｖｅｔａｌ（２００４0利用歐亞高yN地區(qū)實測溫度和的樹木年輪序列發(fā)現(xiàn)了歐亞尚煒逡逑地區(qū)氣候系統(tǒng)可能存在類似太陽活動周期的準(zhǔn)９０、準(zhǔn)２２和準(zhǔn)１１年周期。Ｓｏｏｎ邋ｅｔ邋ａｌ（２０１１）逡逑用多種實測和再分析資料確認(rèn)了邋２０世紀(jì)中國陸面氣溫與太陽輻射存在不容忽視的關(guān)系。逡逑在氣候中檢測太陽信號的強(qiáng)烈程度依賴于氣候系統(tǒng)如何響應(yīng)特定的強(qiáng)迫。由于氣候逡逑系統(tǒng)變化的非線性特征，因此大氣的響應(yīng)函數(shù)與太陽的強(qiáng)迫函數(shù)可能完全不同。解決這逡逑一問題的唯一方法就是采用適當(dāng)?shù)臍夂蚰Ｊ剑m然現(xiàn)有模型并不完善，誤差較大，但對逡逑于特定的強(qiáng)迫機(jī)制能有效的模擬對應(yīng)氣候系統(tǒng)的時空變化，并且可以利用多模式對比評逡逑估來減小誤差，來研究分析太陽活動在氣候系統(tǒng)中的作用。逡逑由于這一領(lǐng)域的研[偢嶄照箍諭庋д卟⑽吹玫矯魅沸緣慕峁�，只蕢q玫攪艘誨義閑┎虜廡緣慕崧郟⒎⑾中磯轡侍廡枰餼觶諳紙錐蔚難繡持腥銜艋疃跋炱義蝦螄低車目贍芑浦饕腥鄭ǎ牽潁幔澹澹簦幔歟

本文編號：2664922