【摘要】：全球氣溫在近百年尺度上表現(xiàn)出顯著的增溫趨勢。然而,原始的氣溫時間序列包含了各種時間尺度的信號,如年際、年代際變率等。由于氣溫不同時間尺度變率的產(chǎn)生原因可能不同,因此,對氣溫變化的研究需要區(qū)分其不同時間尺度的變率。基于這一問題,本文首先展開了針對北半球氣溫年代際變率的研究,特別是研究了近年來的增暖減緩現(xiàn)象,揭示了其產(chǎn)生的動力機制。在此基礎(chǔ)上,有針對性地對中國地區(qū)氣溫的年代際變率及機制進行了專門研究。同時,北極海冰以及北極氣溫變化對北半球中高緯氣候變化的影響一直是重要的科學問題以及研究熱點。因此,本文利用觀測和模式探討了北極對北半球氣溫變化的影響。相對于氣溫在全球統(tǒng)一增暖的變化而言,降水變化的空間差異非常顯著,即降水顯著增多和減少的區(qū)域同時存在。全球增暖背景下,只考慮熱力變化時,水汽的增多導致水循環(huán)過程的加速,即“干更干,濕更濕”現(xiàn)象。但全球變暖同時引起環(huán)流等的變化,而環(huán)流對降水的影響非常重要,特別是對依賴于環(huán)流輸送源自海洋水汽的陸地而言。由于陸地上不同區(qū)域的熱力條件和環(huán)流形勢差異巨大,導致陸地降水對全球增暖的響應情況尤為復雜。中國降水直接影響十幾億人口,對中國降水預測進行研究的重要性不言而喻,因此,本文重點針對中國區(qū)域降水對增暖的響應進行深入研究。主要結(jié)論歸納為如下幾個方面:(1)基于多種觀測數(shù)據(jù)的研究表明,近一百多年尺度上,北半球氣溫存在顯著的年代際變率,且年代際變率的幅度在冷季大于暖季、陸地大于海洋。并且北半球氣溫的年代際變率幅度遠大于南半球。通過使用多種診斷方法進行相互驗證后的研究結(jié)果表明,北半球氣溫的年代際變率主要是受氣候系統(tǒng)內(nèi)部變率模態(tài)的年代際變率調(diào)制。(2)在分析北半球氣溫年代際變率的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn),近年來的增暖減緩現(xiàn)象主要由冷季氣溫的年代際變率由暖轉(zhuǎn)冷的相位變化導致。增暖減緩期間,歐亞大陸東部和北美大陸存在兩個北半球降溫最強的中心,其對增暖減緩期間北半球溫度變化的貢獻率分別為43%和18%。進一步研究揭示,極地快速增溫導致的經(jīng)向熱力強迫減小以及海洋內(nèi)部變率模態(tài)的相位變化引起的緯向熱力差異增大,共同造成繞極西風環(huán)流減弱、冷空氣南下增強、以及阻塞天氣頻發(fā)等大氣環(huán)流的變化,進而導致歐亞大陸和北美大陸的降溫。(3)基于多種觀測數(shù)據(jù)以及診斷方法的研究表明,中國氣溫在冷季的大幅度年代際變率造成了中國的增暖減緩以及增暖減緩前的快速增暖。進一步研究發(fā)現(xiàn),中國氣溫的年代際變率與大氣環(huán)流變化密切相關(guān)。在西風環(huán)流的年代際變化影響下,天氣尺度的大氣阻塞環(huán)流及其對應的異常低溫天氣事件的發(fā)生頻率也呈現(xiàn)年代際變化,并最終導致中國氣溫的年代際變化。(4)通過對比觀測和CMIP5(the Coupled Model Intercomparison Project Phase 5)模式模擬的二十世紀后半葉全球陸地的溫度變化發(fā)現(xiàn),歐亞大陸最強的增溫出現(xiàn)在中緯度內(nèi)陸地區(qū),而模式中最強的增溫出現(xiàn)在高緯陸地邊緣。緯向平均的溫度變化趨勢表明,模式夸大了冷季高緯的增溫,但同時低估了中緯的增溫。進一步研究發(fā)現(xiàn),CMIP5模式中夸大的北極增溫對海冰減少的響應是造成其模擬的中高緯溫度變化空間型存在顯著偏差的可能原因。(5)探討了北極海冰變化對中國冬季平均氣溫、日氣溫變率以及異常低溫天氣的影響。結(jié)果表明,秋季北極海冰異常偏少年中國常為冷冬,且異常低溫天氣出現(xiàn)頻率更高。進一步研究發(fā)現(xiàn),秋季北極海冰通過影響后期的北半球極渦、東亞冬季風和西伯利亞高壓等環(huán)流變化影響中國冬季的天氣及氣溫變化。(6)CMIP5模式預測的中國降水未來變化的模式間差異極大,同時存在顯著變干和顯著變濕的結(jié)果,表明模式對中國未來降水的模擬預測非常不可靠。針對這一重要問題,利用GFDL模式探討了CMIP5模式間產(chǎn)生差異的可能原因。當全球海表溫度增加2攝氏度時,GFDL的AM2.1模式預測在中國西北部有25%的降水減少。然而,用UW對流參數(shù)化方案替換原來的RAS方案后降水變?yōu)樵黾?%。進一步研究發(fā)現(xiàn),對流參數(shù)化方案能夠通過影響大氣濕度和對應的大尺度環(huán)流從而影響區(qū)域降水變化。此外,低緯地區(qū)在不同對流參數(shù)化方案下的降水變化差異也能夠激發(fā)不同遙相關(guān)波列從而導致模式中中國地區(qū)降水變化的差異。因此,對流參數(shù)化方案是CMIP5模式間存在差異的一個可能原因。此外,該研究表明需要用觀測對模式的物理以及動力過程等方面的模擬效果進行檢驗后,才能將模式用于未來區(qū)域降水變化的預測。
【圖文】：

學博士研究生學位論文 氣溫和降水對增暖響應的觀測和模擬增暖減緩現(xiàn)象（Kosaka and Xie, 2013; Trenberth, 2015; Guan el., 2016）。同時，無論是陸地還是海洋區(qū)域這種實際氣溫變化序征均非常顯著。因此，對氣溫變化的多時間尺度特征及其機理但需要注明，本文不進行百年以上尺度的古氣候范疇的研究，要是針對近一百年的時間段。

8（a）0oto 30oN 區(qū)域平均的冷季溫度距平的時間序列，，其中距平參考時。橘黃色、紅色和深紅色分別代表 GISTEMP, MLOST, and HadCRUT4 的（c）與（a）類似但為 30oN-60oN 和 60oN-90oN 區(qū)域的結(jié)果。（a）Regional mean near surface air temperature anomaly over latitude zonr boreal cold season with respect to the 1961 1990 reference period. The ornes are results from GISTEMP, MLOST, and HadCRUT4 data respectively. Same as a but for latitude zone 30oN-60oN and 60oN-90oN.，海洋表面溫度（SST）資料使用了 ERSST 資料。ERSST 資料辨率為 2° × 2°，時間從 1854 年開始，版本為 v4。此外，
【學位授予單位】：蘭州大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：P412;P42

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 晏紅明;周文;楊輝;蔡云;;東亞冬季風指數(shù)的定義及其年際年代際異常[J];大氣科學學報;2009年03期

2 王遵婭;丁一匯;;夏季亞洲極渦的長期變化對東亞環(huán)流和水汽收支的影響[J];地球物理學報;2009年01期

3 張自銀;龔道溢;郭棟;何學兆;雷楊娜;;我國南方冬季異常低溫和異常降水事件分析[J];地理學報;2008年09期

4 季明霞;黃建平;王紹武;王鑫;鄭志海;葛覲銘;;冬季中高緯地區(qū)阻塞高壓活動及其氣候影響[J];高原氣象;2008年02期

5 王凌;張強;陳峪;龔道溢;;1956-2005年中國暖冬和冬季溫度變化[J];氣候變化研究進展;2007年01期

6 王遵婭;丁一匯;;近53年中國寒潮的變化特征及其可能原因[J];大氣科學;2006年06期

7 解小寒;楊修群;;冬季北極海冰面積異常與中國氣溫變化之間的年際關(guān)系[J];南京大學學報(自然科學版);2006年06期

8 顧思南;楊修群;;北半球繞極渦的變異及其與我國氣候異常的關(guān)系[J];氣象科學;2006年02期

9 賈建穎;孫照渤;;北極海冰和北半球500hPa極渦的相互關(guān)系[J];南京氣象學院學報;2006年01期

10 武炳義,卞林根,張人禾;冬季北極濤動和北極海冰變化對東亞氣候變化的影響[J];極地研究;2004年03期

本文編號：2530303