【摘要】：海氣淡水通量,即海洋大氣界面處蒸發(fā)與降水之差(E-P),是表征全球大氣與海洋之間水汽交換的一個重要指標。觀測和模式的結(jié)果都表明全球變暖背景下水循環(huán)加強,水體的空間分布改變,熱帶強降雨會變得更加頻繁和強烈,導致全球淡水可利用性的變化,進而威脅全球生態(tài)和人類社會穩(wěn)定。從長遠的角度講,水循環(huán)的增強能夠通過淡水通量的變化影響海表面鹽度的變化,進而誘導出流場和溫度場的異常,并最終反饋于氣候的變化,從而對人類社會造成重大影響。本文利用多種再分析和觀測資料、13個參與CMIP5計劃的模式淡水通量結(jié)果以及完全耦合模式CESM,系統(tǒng)分析了淡水通量的歷史變化特征,預估未來不同氣候情景下的變化趨勢,并在此基礎上討論了氣候態(tài)的淡水通量對于海洋的直接意義以及赤道太平洋區(qū)域異常增加的降水對全球海洋大氣平均態(tài)和北大西洋高緯地區(qū)以及東亞季風區(qū)的顯著影響。最近30年淡水通量的分析表明,淡水通量有十分顯著的季節(jié)變化特征,特別是受季風影響顯著的東亞地區(qū)以及受太陽輻射影響顯著的亞極地地區(qū)；其年際變化主要顯示為受ENSO調(diào)節(jié)的特征,空間上顯示為赤道太平洋中部與西部反相變化的特征。北半球中高緯、赤道太平洋中東部以及南印度洋東部表現(xiàn)出淡水通量增加的趨勢,而北半球亞熱帶、南半球中高緯度地區(qū)則表現(xiàn)為淡水通量明顯降低的趨勢,其空間分布特征與年均淡水通量EOF分析第一模態(tài)的空間分布十分一致。分別通過氣候態(tài)的分布、緯向平均、Taylor圖分析、季節(jié)以及年際EOF分析評估了13個參與CMIP5計劃的模式結(jié)果,模式能夠較好的模擬出淡水通量的氣候態(tài)分布及緯向平均的分布特征,對季節(jié)尺度上時空特征以及年際尺度上空間變化特征都有較好的模擬能力。其不足之處表現(xiàn)在：模式普遍存在雙ITCZ現(xiàn)象,且量值較再分析數(shù)據(jù)偏小；年際尺度上的時間變化特征模擬差。整體上,多模式集合的結(jié)果要優(yōu)于單個模式的結(jié)果,通過卡方檢驗的多模式集合的結(jié)果可信度很高。未來全球變暖背景下,淡水通量變化最顯著的區(qū)域位于熱帶海域,特別是赤道太平洋地區(qū),其變化約為15%～25%。RCP4.5和RCP8.5兩種氣候情景下,淡水通量變化的空間形態(tài)沒有顯著變化,但在RCP8.5氣候情景下模擬的淡水通量變化幅度及模式間變化的一致性均強于RCP4.5的結(jié)果。赤道太平洋異常強降水能夠產(chǎn)生類似El Nino的模態(tài),使得赤道太平洋西側(cè)的混合層深度減小,而赤道太平洋東側(cè)的混合層深度增加；赤道流系顯著減弱甚至消失,同時赤道潛流顯著減弱,降幅能夠達到其氣候態(tài)的50%；北赤道逆流靠近赤道一側(cè)明顯增強,而遠離赤道一側(cè)略微減弱。淡水通量在模式中通過虛擬鹽通量的方式進入海洋,對海洋的影響表現(xiàn)為：淡水通量的增大(減小)能夠迅速引起海表面鹽度(高度)的減小(增大),并引起密度的變化；海表面高度的異常變化通過地轉(zhuǎn)平衡關系以及異常密度場的強迫對流場有了十分顯著的調(diào)整,繼而通過流場的熱平流作用再分配海洋表層的熱量,改變了海表面溫度的空間分布。淡水通量對北大西洋高緯海域的溫鹽變化尤其重要,能夠維持北大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)流,不會使海水出現(xiàn)明顯的降溫變淡的現(xiàn)象。赤道太平洋異常增加的降水(10%)能夠使海表面溫度以及赤道太平洋中部混合層深度變化產(chǎn)生類似ENSO模態(tài)的異常變化,沃克環(huán)流、西太平洋哈德利環(huán)流和大西洋哈德利環(huán)流有呈現(xiàn)減弱的趨勢,而東太平洋哈德利環(huán)流則呈現(xiàn)出明顯的增強的變化。赤道流系的響應與再分析資料中極端降水引起的流系調(diào)整一致,即赤道太平洋西側(cè)的混合層深度減小而東部混合層深度增加,并引起了南北赤道流的減弱以及西部赤道潛流上層流速減小而東部赤道潛流下層增加。對東亞季風區(qū)的降水以及通過赤道耦合波列、冬季極渦和北冰洋震蕩對北半球特別是北大西洋高緯度地區(qū)海洋大氣產(chǎn)生劇烈影響。北大西洋高緯海域海水異常降溫變淡,主要是由冬季海冰以及淡水沿著海冰邊緣經(jīng)東格陵蘭島流異常輸入,夏季浮冰消融造成。其次,由于表層淡水的累積,浮力通量加大,使得與混合層的混合剪切作用減弱,形成了表層更冷的正反饋機制。
【圖文】：

全球平均意義上呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢。其中呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢的區(qū)域位于逡逑赤道太平洋中部、２０°Ｎ邋Ｗ北的大西洋和太平洋、印度洋中東部＾＞１及南半球大陸逡逑東西兩側(cè)，而呈現(xiàn)出明思的下降趨勢的區(qū)域位于圖３－３標注的太平洋區(qū)域、逡逑印度洋北側(cè)及西南側(cè)、大西洋中部Ｗ及南大洋部分海域。太平洋為例，淡水通逡逑量趨勢變化的空間分布主要與降水的空間變化有關（未展示），且在年際尺度上逡逑與ＥＮＳＯ的變化息息相關。通過計算發(fā)現(xiàn)，去除掉季節(jié)信號的Ｉ到Ｖ區(qū)域平均逡逑的時間序列與同樣同樣處理的Ｎｉｎｏ３的時間序列存在一定的相關關系。相關系數(shù)逡逑分別為－０．６７、０．５８、０．４、－０．１３邋＾＾；及０．０８，即淡水通量上升的區(qū)域與ｎｉｎｏ３指數(shù)逡逑呈現(xiàn)負相關而下降的區(qū)域與ｎｉｎｏ３指數(shù)呈現(xiàn)正相關，且相關系數(shù)逐步變小的現(xiàn)象逡逑也能夠體現(xiàn)出ＥＮＳＯ循環(huán)的路徑變化。Ｉ區(qū)顯著的上升趨勢是由于蒸發(fā)的增加而逡逑降水減少共同作用的結(jié)果，而ＩＩ和ＩＩＩ區(qū)的蒸發(fā)趨勢不明顯，主要受降水增加影逡逑響。表明，受全球變暖的影響，淡水通量也在發(fā)生著一系列的改變。逡逑２０逡逑

＇例逡逑？０邋卞邐１汾韋邐｜８０＊Ｗ邐Ｉ２０？Ｗ邐？０？Ｗ邐－５９－５邐－ＳＳＪ邐－ｌ？Ｊ邐ＯＪ邐２０３邐４０Ｊ邐貨邐Ｊ逡逑圖３－２左側(cè)；淡水通量、蒸發(fā)、降水最大值發(fā)生月份的空間分布。右側(cè)：月份的逡逑諱向平均逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋３－２邋Ｌｅｆｔ：邋Ｐｈａｓｅｓ邋ｏｆ邋ＥｍＰ（化Ｐ邋ｒｏｗ），邋Ｅ（ｍｉｄｄｌｅ邋ｒｏｗ）邋ａｎｄ邋Ｐ（ｂｏｔｔｏｍ邋ｒｏｗ）．民ｉｇｈｔ：逡逑Ｚｏｎａｌ邋ｍｅａｎ邋ｏｆ邋ｐｈａｓｅｓ．逡逑考察過去３０多年淡水通量的趨勢變化，可發(fā)現(xiàn)淡水通量的空間差異很大，逡逑全球平均意義上呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢。其中呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢的區(qū)域位于逡逑赤道太平洋中部、２０°Ｎ邋Ｗ北的大西洋和太平洋、印度洋中東部＾＞１及南半球大陸逡逑東西兩側(cè)，而呈現(xiàn)出明思的下降趨勢的區(qū)域位于圖３－３標注的太平洋區(qū)域、逡逑印度洋北側(cè)及西南側(cè)、大西洋中部Ｗ及南大洋部分海域。太平洋為例，淡水通逡逑量趨勢變化的空間分布主要與降水的空間變化有關（未展示），且在年際尺度上逡逑與ＥＮＳＯ的變化息息相關。通過計算發(fā)現(xiàn)，，去除掉季節(jié)信號的Ｉ到Ｖ區(qū)域平均逡逑的時間序列與同樣同樣處理的Ｎｉｎｏ３的時間序列存在一定的相關關系。相關系數(shù)逡逑分別為－０．６７、０．５８、０．４、－０．１３邋＾＾；及０．０８，即淡水通量上升的區(qū)域與ｎｉｎｏ３指數(shù)逡逑呈現(xiàn)負相關而下降的區(qū)域與ｎｉｎｏ３指數(shù)呈現(xiàn)正相關
【學位授予單位】：中國海洋大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：P461.2

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本文編號：2684879