積雪是反映高原熱狀況的一個極為重要因子。高原積雪冬季最大覆蓋率超過70%,其季節(jié)和年際波動較大,同時具有明顯的年代際變化特征,是青藏高原地-氣耦合系統(tǒng)變化中相對活躍部分,其異常對亞洲季風和全球氣候都有重要影響。過去有相當多的工作討論冬春季青藏高原積雪異常通過反照率和融雪水文效應對亞洲夏季風產生顯著影響,本文分兩部分重點研究秋冬季和春季青藏高原積雪異常對全球大氣環(huán)流的影響,并揭示相關機理。過去有觀測研究證實了秋冬季青藏高原和蒙古地區(qū)積雪異常偶極型和冬季北太平洋北美大氣環(huán)流型(PNA)有顯著關聯(lián),本研究首先通過使用CAM4和CLM4.0模式進行多集合短期模擬來研究大氣對青藏高原和蒙古地區(qū)偶極型積雪強迫的響應。模式的邊界采用氣候平均的海溫和海冰,以及衛(wèi)星觀測的10-3月青藏高原和蒙古地區(qū)積雪覆蓋度(SCE)和積雪水當量(SWE)。從觀測資料中挑選了極端的兩年,1997/98年從秋季到次年3月青藏高原地區(qū)極端多雪,蒙古地區(qū)少雪,1984/85年從秋季到次年3月青藏高原地區(qū)少雪,蒙古地區(qū)極端多雪,將這兩年的SCE和SWE作為強迫場加入到模式中,其他區(qū)域的積雪使用模式的預報量。在各種強迫試驗中,兩種極端積雪狀態(tài)模擬的集合平均之差可以顯示出局地、遠距離,同期和延遲的氣候響應。第一部分的主要結論有:(1)大氣對10-3月青藏高原地區(qū)積雪正異常和蒙古地區(qū)積雪負異常偶極型的響應(減去極端相反的結果)有青藏高原地區(qū)地表冷卻,包含蒙古地區(qū)的周邊地區(qū)變暖,以及冬季類似于PNA型的大氣響應。(2)局地響應的維持是由于持續(xù)的非絕熱冷卻或加熱,PNA型遙相關響應的出現(xiàn)主要是由于秋冬季持續(xù)的青藏高原積雪強迫導致的準定常Rossby波東傳,以及冬季天氣尺度瞬變擾動反饋機制。(3)單獨的秋季或者冬季的青藏高原和蒙古地區(qū)積雪偶極型試驗的局地響應和總的試驗(從10月到3月)類似,但是冬季PNA響應較弱,冬季PNA響應是對秋季和冬季積雪強迫的累加響應。(4)秋冬季持續(xù)的青藏高原積雪在形成冬季PNA型大氣響應中扮演重要的角色(相比于蒙古地區(qū)積雪強迫)。其次,利用觀測分析和多集合短期模擬研究全球大氣對青藏高原春季積雪異常增多的響應。模式的設置和第一部分類似,但積雪強迫區(qū)域為青藏高原,從3月模擬到5月,從觀測資料中挑選了青藏高原極端多雪的3年和極端少雪的3年,大氣響應定義為3年多雪試驗的平均減去3年少雪試驗的平均。主要結論有:(1)青藏高原春季積雪增加會導致同期發(fā)生的青藏高原到北太平洋地區(qū)顯著的對流層冷卻,以及出現(xiàn)在整個對流層和平流層的負位相北太平洋濤動/西太平洋環(huán)流型(NPO/WP)響應。(2)青藏高原春季積雪增加在低緯會造成太平洋信風顯著增強,在赤道太平洋海域造成ITCZ增強以及局地哈德萊環(huán)流(Hadley)增強。(3)春季青藏高原多雪導致的負位相NPO//WP環(huán)流響應的發(fā)展和維持與沿著中緯度急流橫跨整個北半球的天氣尺度瞬變擾動,以及中心位于北太平洋的半球尺度準定常波通量偶極型的傳播有關。第一和第二部分的結果表明,青藏高原積雪對北半球氣候的影響可以從秋季持續(xù)到春季,局地積雪異常首先導致局地加熱和冷卻,然后通過影響準定常Rossby波通量的傳播,以及天氣尺度瞬變擾動的反饋作用,在東亞-北太平洋-北美地區(qū)產生顯著的環(huán)流響應。以上結果清晰表明冬春季青藏高原積雪異常能夠顯著影響太平洋-北美遙相關和北太平洋濤動等大氣環(huán)流模態(tài),同時對熱帶,極地和平流層大氣環(huán)流均有顯著影響,是全球和亞洲氣候的重要強迫因子。
【學位單位】：南京大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：P426.635
【部分圖文】：

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本文編號：2819113