【摘要】：太陽風(fēng)驅(qū)動(dòng)氣候變化被認(rèn)為是放大太陽活動(dòng)驅(qū)動(dòng)氣候變化的重要途徑之一,中高緯地區(qū)大氣環(huán)流異常尤其是北大西洋濤動(dòng)(NAO)與太陽活動(dòng)密切相關(guān),是太陽活動(dòng)通過空間天氣影響氣候的關(guān)鍵敏感區(qū)域之一。本文圍繞太陽風(fēng)通過高能電子化學(xué)作用影響氣候變化的途徑,應(yīng)用多元線性回歸方法分析了北半球冬季大氣環(huán)流、NAO和海表溫度(SST)對太陽風(fēng)速度(SWS)的響應(yīng),討論了太陽風(fēng)信號在氣候系統(tǒng)中的可能傳輸途徑和機(jī)制,同時(shí)基于第六次耦合模式比較計(jì)劃(CMIP6)太陽強(qiáng)迫數(shù)據(jù)集中的粒子強(qiáng)迫數(shù)據(jù),使用化學(xué)-氣候耦合模式SOCOL3.0對高能粒子沉降(EPP)的氣候效應(yīng)進(jìn)行了氣候模擬,評估了空間粒子強(qiáng)迫對地球氣候的影響程度和過程。主要結(jié)論如下:(1)北半球冬季大氣環(huán)流、NAO和海溫與SWS、太陽黑子、火山氣溶膠、ENSO、準(zhǔn)兩年振蕩(QBO)和趨勢項(xiàng)等因子的多元線性回歸分析表明,相比其它外強(qiáng)迫和大氣內(nèi)部因子,SWS對NAO及相關(guān)大氣環(huán)流和海溫的影響更為顯著。太陽風(fēng)對行星波活動(dòng)的影響在太陽風(fēng)速度信號的向極向下傳播及平流層-對流層耦合過程中起重要作用。(2)基于CMIP6太陽強(qiáng)迫的粒子強(qiáng)迫輸入,使用SOCOL3.0模式對太陽風(fēng)作用下低能量電子(LEE)和中能量電子(MEE)沉降的化學(xué)作用的模擬評估指出,LEE產(chǎn)生的NO_x([N]+[NO]+[NO_2])通量的上邊界條件設(shè)定有決定性的意義。本文中使用CMIP6推薦的LEE參數(shù)化方案所做的模擬試驗(yàn)表明,LEE生成的NO_x不僅對中間層臭氧消耗巨大,其通過EPP間接效應(yīng)輸送到平流層的量也不容忽視,會影響平流層臭氧含量。(3)模擬結(jié)果表明,在模式中加入LEE和MEE能提高模式對NO_x濃度的模擬精度,同時(shí)對北半球冬季和南半球春季極地平流層中層溫度模擬有一定改善。(4)加入LEE和MEE后模式能較好模擬出ERA-Interim資料中觀測到的北半球冬季氣溫和緯向風(fēng)對SWS的響應(yīng)。這進(jìn)一步為可能影響NAO的化學(xué)-動(dòng)力學(xué)機(jī)制提供了有力證據(jù)。這也表明,為了提高氣候模擬準(zhǔn)確性,一個(gè)包含完整EPP過程描述的氣候模式是十分必要的。(5)太陽風(fēng)影響北半球冬季氣候及NAO可能有兩種途徑:一種是高能粒子沉降效應(yīng)引起的化學(xué)-動(dòng)力學(xué)機(jī)制,另一種為空間天氣-大氣電-云微物理機(jī)制。根據(jù)本文的工作結(jié)果,通過高能電子途徑的化學(xué)-動(dòng)力學(xué)機(jī)制能夠部分解釋觀測資料中SWS與NAO和海溫之間的聯(lián)系,同時(shí)也指示大氣電作用可能也對氣候系統(tǒng)尤其是更低層的對流層大氣環(huán)流異常起到重要作用。
【圖文】：

華東師范大學(xué) 2019 屆碩士學(xué)位論文 第三章 太陽風(fēng)信號的觀測分析第三章 太陽風(fēng)信號的觀測分析高速太陽風(fēng)主要來自太陽的冕洞高速流[92]，而非太陽黑子，其速度變化雖然也存在準(zhǔn) 11 年的活動(dòng)周期，但與太陽黑子活動(dòng)周期間存在著顯著的相位差，分析表明近 60 年來太陽風(fēng)速度 11 年周期變化與黑子 11 年周期變化存在著 39 個(gè)月的相位差[32]。由于太陽風(fēng)速度時(shí)序變化的特殊性，研究其驅(qū)動(dòng)氣候過程對于深入認(rèn)識太陽活動(dòng)驅(qū)動(dòng)氣候變化空間天氣機(jī)制具有重要意義[8, 15]。

華東師范大學(xué) 2019 屆碩士學(xué)位論文 第三章 太陽風(fēng)信號的觀測分析也有體現(xiàn)，但與 G2013 的結(jié)果相比并不顯著。此外，圖 3f 中大西洋/歐洲區(qū)域出現(xiàn)了類 NAO 的信號，但通過顯著性檢驗(yàn)的區(qū)域主要位于歐洲大陸上。如圖 2d-e所示，海表溫度對 QBO 因子的響應(yīng)表現(xiàn)為西太平洋的變暖。圖 3d-e 則表明，海平面氣壓對 QBO 因子有一個(gè)類 NAO 的響應(yīng)，，類似于 Gray 等[98]的結(jié)果。
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：P434;P461.1

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1 朱志鵬;太陽風(fēng)影響北半球冬季大氣環(huán)流的特征及其數(shù)值模擬研究[D];華東師范大學(xué);2019年

本文編號：2663247