【摘要】：全球年代際氣候變率可以改變?nèi)驓夂虮尘?調(diào)制氣候年際變率,對(duì)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)中長(zhǎng)期發(fā)展有重要影響。因此,年代際氣候預(yù)測(cè)對(duì)氣候變化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和應(yīng)對(duì)策略制定顯得至關(guān)重要,由于尚處于起步階段,還存在亟待解決的技術(shù)問(wèn)題和科學(xué)問(wèn)題。本文主要分析了ERA-Interim再分析資料和NCAR CCSM4年代際回顧預(yù)報(bào)試驗(yàn)中,全球和東亞陸地(15°-70°N,70°-160°E)的地表溫度年代際時(shí)空變化特征,并且利用氣候反饋-響應(yīng)分析方法(CFRAM)定量評(píng)估不同物理和動(dòng)力過(guò)程在其中的貢獻(xiàn)。同時(shí)尋找模式預(yù)報(bào)技巧的物理溯源,初步探討模式物理和動(dòng)力過(guò)程的誤差來(lái)源,指出模式可能存在的問(wèn)題,為模式改進(jìn)提供有效的指導(dǎo)意見(jiàn)。全球地表經(jīng)歷了20世紀(jì)80年代至90年代末的快速增溫以及21世紀(jì)初的增溫停滯,期間受1991年皮納圖博火山噴發(fā)影響全球出現(xiàn)短暫降溫。地表動(dòng)力過(guò)程(主要是海洋熱存儲(chǔ)的變化)對(duì)1981-2015年全球地表溫度的年代際時(shí)空演變起決定性的作用,次要的正貢獻(xiàn)來(lái)自二氧化碳濃度增加,云變化,地表反照率變化和水汽變化。大氣動(dòng)力過(guò)程則通過(guò)改變湍流、對(duì)流和大氣能量輸送減小地表動(dòng)力過(guò)程引起的地表溫度波動(dòng)。海洋熱存儲(chǔ)變化使得熱帶海洋出現(xiàn)大范圍增暖。二氧化碳濃度增加導(dǎo)致全球一致增溫。地表反照率的作用在極地尤為顯著。太陽(yáng)輻照度變化引起的地表溫度變化存在明顯的準(zhǔn)11年周期,其作用和臭氧濃度變化的作用相對(duì)較小。同一物理或動(dòng)力過(guò)程在不同時(shí)期的作用可以相反。東亞陸地經(jīng)歷了20世紀(jì)80年代后期和21世紀(jì)00年代前期的快速增溫,20世紀(jì)90年代期間的短暫增溫停滯,以及21世紀(jì)00年代后期的快速降溫。相比1981-85年,2011-15年?yáng)|亞陸面出現(xiàn)高于全球平均的顯著增暖,尤其在高緯度地區(qū)和中國(guó)東部。研究發(fā)現(xiàn)地表動(dòng)力過(guò)程(主要是土壤熱擴(kuò)散,冰雪融化/凍結(jié)以及河流能量運(yùn)輸)和云變化的共同作用主導(dǎo)著1981-2015年?yáng)|亞陸面溫度年代際時(shí)空演變,而大氣動(dòng)力過(guò)程的主要作用是減弱地表動(dòng)力過(guò)程引起的溫度波動(dòng)。次要的正貢獻(xiàn)包括水汽變化,二氧化碳濃度增加和地表反照率變化。云變化的增溫作用在西伯利亞南部和中國(guó)東部尤為明顯。地表反照率的局地作用則在高緯度和高海拔地區(qū)更為明顯。太陽(yáng)輻照度的變化和臭氧濃度變化的貢獻(xiàn)相對(duì)較小。東亞陸面年際快速增溫和快速降溫的溫度異常空間分布主要來(lái)自大氣動(dòng)力過(guò)程,水汽變化,云變化和地表反照率變化的正貢獻(xiàn),東亞陸面快速增溫和快速降溫的物理溯源是一致的。通過(guò)評(píng)估1981-2005年CCSM4年代際回顧預(yù)報(bào)試驗(yàn)的結(jié)果,發(fā)現(xiàn)模式能預(yù)報(bào)出這段時(shí)期全球地表溫度的時(shí)間變化特征,但模式的物理和動(dòng)力過(guò)程存在不少問(wèn)題。模式能較好地預(yù)報(bào)外部強(qiáng)迫變化和大氣動(dòng)力過(guò)程引起的地表溫度變化,例如太陽(yáng)輻照度變化和二氧化碳濃度增加的效應(yīng),但未能較好地預(yù)報(bào)90年代平流層臭氧增加的過(guò)程以及兩極海冰的區(qū)域性變化,并且高估了火山噴發(fā)對(duì)氣候系統(tǒng)的影響。模式和觀測(cè)最為顯著的差異在于模式中水汽變化成為全球地表溫度時(shí)間演變的首要因素,而在觀測(cè)中則是地表動(dòng)力過(guò)程(主要是海洋熱存儲(chǔ)變化)。模式(觀測(cè))中全球大氣水汽均勻增加(區(qū)域性增多/減少)。模式中的云效應(yīng)和觀測(cè)相比弱得多,與模式中的總云量顯著偏少,而且暖云偏多,冰云偏少有關(guān)。模式中水汽和云變化的差異表明其氣候系統(tǒng)的水循環(huán)過(guò)程存在較大問(wèn)題。并且,模式中海洋動(dòng)力和熱力過(guò)程引起的海表溫度上升相比觀測(cè)弱得多,表明海洋模式難以模擬海洋過(guò)程的長(zhǎng)期變化。模式僅能預(yù)報(bào)出東亞陸面長(zhǎng)期增暖的趨勢(shì),無(wú)法預(yù)報(bào)90年代的短暫增溫停滯以及區(qū)域性的降溫,其預(yù)報(bào)技巧主要來(lái)自長(zhǎng)期變化的趨勢(shì)。模式在東亞地區(qū)仍然高估了水汽效應(yīng),使其成為東亞陸面溫度時(shí)間演變的首要因素,而在觀測(cè)中則是地表動(dòng)力過(guò)程(主要是土壤熱擴(kuò)散,冰雪融化/凍結(jié)以及河流能量運(yùn)輸)。雖然模式中地表動(dòng)力過(guò)程和大氣動(dòng)力過(guò)程在東亞陸面溫度空間異常的演變的作用(分別提供正貢獻(xiàn)和負(fù)貢獻(xiàn))和觀測(cè)一致,但是模式中次要正貢獻(xiàn)來(lái)自水汽變化,而在觀測(cè)中則來(lái)自云變化。模式對(duì)東亞陸地冰雪變化的預(yù)報(bào)與觀測(cè)有明顯差別。再分析資料作為觀測(cè)的近似還存在一定的不確定性(例如云分析),對(duì)全球年代際氣候變化進(jìn)行準(zhǔn)確的歸因分析需要高質(zhì)量的再分析資料,也可以為模式驗(yàn)證提供較好的參考。
【圖文】：

全球年代際氣候變化的物理溯源及其模式預(yù)報(bào)技巧使得全球溫度并未出現(xiàn)大幅度波動(dòng)。對(duì) 2004 年后全球增溫停滯提供正貢獻(xiàn)的主要有大氣動(dòng)力過(guò)程和云變化，臭氧變化和地表反照率變化提供的正貢獻(xiàn)相對(duì)較弱而主要的負(fù)貢獻(xiàn)來(lái)源是地表動(dòng)力過(guò)程，水汽變化和二氧化碳濃度變化。

第三章 全球地表溫度年代際變化的歸因關(guān)系，，全球溫度上升后，大氣能容納更多的水汽，而且地表升溫導(dǎo)致地表蒸發(fā)加強(qiáng)，所以大氣中的水汽也會(huì)增加。但是在觀測(cè)中，大氣溫度變化和水汽變化的關(guān)系不是那么明顯，也有研究發(fā)現(xiàn)在衛(wèi)星觀測(cè)資料和再分析資料中兩者的變化很多時(shí)候不具備同步性（Bosilovich et al. 2017）。再分析資料中的大氣水汽含量主要來(lái)自衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)的同化，其不確定性我們將會(huì)在第五章進(jìn)行分析。
【學(xué)位授予單位】：中山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：P467

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2640816