平流層中大尺度經(jīng)向環(huán)流Brewer-Dobson環(huán)流（BD環(huán)流）在平流層對流層相互作用以及物質(zhì)能量交換中扮演著非常重要的角色,其變化也與諸多平流層和對流層過程存在聯(lián)系,且對對流層天氣氣候有不可忽視的影響。本論文利用多種再分析資料和模式資料,首先分別研究了平流層經(jīng)向環(huán)流和對流層經(jīng)向環(huán)流的變化特征及其影響因子,然后分析了平流層經(jīng)向環(huán)流和對流層經(jīng)向環(huán)流之間的協(xié)同變化及其聯(lián)系,最后討論了平流層BD環(huán)流影響地面氣壓的一種可能機制。論文的主要結(jié)論如下:（1）首先利用兩種再分析資料和兩個CMIP6模式的模擬資料,對比了歷史和未來不同場景下的中下平流層BD環(huán)流上升支寬度和強度的變化趨勢。結(jié)果表明,在本文研究的歷史時段（1979–2014年）幾種資料的結(jié)果一致表明BD環(huán)流強度存在增強的趨勢,上升支寬度在下平流層（50 hPa以下）變得更窄,在平流層中部（30 hPa–10 hPa）變得更寬。氣候模式模擬試驗中溫室氣體增加是造成模式模擬的BD環(huán)流強度和寬度變化的主要原因。在RCP8.5情景下（2015–2100年）,兩個模式模擬的未來BD環(huán)流寬度在下平流層一致變窄,在中平流層趨勢相反,行星波活動趨勢的差異... 

【文章來源】：蘭州大學甘肅省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：117 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

979年-2015年平流層BD環(huán)流速度氣候態(tài)分布，從上至下分別為年平均、DJF季節(jié)平均和JJA季節(jié)平均

蘭州大學博士研究生學位論文平流層經(jīng)向環(huán)流變化與對流層天氣氣候變化的相互影響和聯(lián)系29BD環(huán)流速度隨高度的分布（圖3.1e–l）可見，隨高度升高，上升支向夏季半球的移動變得更加明顯。CanESM5模式中BD環(huán)流在高層模擬的不足也更加明顯，再分析資料的結(jié)果顯示，中上平流層的BD環(huán)流上升區(qū)域幾乎覆蓋了整個夏季半球，CanESM5模式中上升區(qū)域明顯偏窄。圖3.21979-2014年氣候平均平流層70hPaBD環(huán)流垂直速度的季節(jié)變化。從左至右分別來自ERA-Interim資料、JRA-55資料、CanESM5模式和CESM2-WACCM模式歷史模擬結(jié)果3.3.2BD環(huán)流的變化趨勢圖3.3直觀的給出了垂直方向各個高度BD環(huán)流轉(zhuǎn)向緯度隨高度的變化趨勢。在歷史時段，再分析資料的寬度趨勢存在很大不確定性，兩資料的結(jié)果沒有一致的特征。CanESM5模式自然強迫的試驗結(jié)果在各個高度層趨勢接近于零，而歷史模擬和溫室氣體強迫的試驗顯示出一致的低層變窄，高層變寬的趨勢，這種趨勢在南北半球均有體現(xiàn)。CESM2-WACCM模式歷史模擬的結(jié)果，顯示出統(tǒng)計上不顯著的低層變寬、高層變窄的趨勢。對比不同強迫的CanESM5歷史模擬結(jié)果可見，僅有自然變率的模式結(jié)果中寬度的變化趨勢不明顯，溫室氣體排放造成了模式模擬中BD環(huán)流的低層變窄高層變寬，這種趨勢接近歷史模擬結(jié)果中的寬度趨勢，表明溫室氣體排放在歷史時段中BD環(huán)流的寬度的變化中起著重要作用。在未來時段，RCP2.6情景下的寬度趨勢接近于零，其他三種情景下，CESM2-WACCM模式結(jié)果仍然顯示出低層變窄寬、高層變寬的趨勢，而CanESM5模式在低層和高層均顯示出變窄趨勢，70hPa平流層BD環(huán)流上升支的變窄趨勢在兩個模式各試驗結(jié)果中均最強。熱帶上升質(zhì)量通量通常被用作衡量平流層BD環(huán)流強度的指標，對它的計算為某個高度的熱帶范圍內(nèi)向上的物質(zhì)通量之和，一般?

蘭州大學博士研究生學位論文平流層經(jīng)向環(huán)流變化與對流層天氣氣候變化的相互影響和聯(lián)系31時段BD環(huán)流的增強中起著重要作用。對比過去和未來的BD環(huán)流強度的趨勢可見，未來BD環(huán)流的增強趨勢明顯強于歷史時段的增強。對比固定范圍和變化范圍的上升支強度可見，盡管BD環(huán)流上升支范圍有變窄的趨勢，但根據(jù)變化的轉(zhuǎn)向緯度計算的向上物質(zhì)通量的增加趨勢大于固定范圍的結(jié)果。圖3.4（上）1979–2014年和（下）2015–2100年平流層BD環(huán)流上升支質(zhì)量通量趨勢隨高度的分布，由左至右分別為在固定范圍內(nèi)（30S-30N）積分的結(jié)果和在變化的轉(zhuǎn)向緯度范圍內(nèi)積分的結(jié)果。圖中各線條的含義同圖3.3。*表示趨勢通過95%顯著性的學生t檢驗圖3.5給出了南北半球各個高度向下質(zhì)量通量的趨勢，可見隨著上升支的增強，南北半球中高緯度向下質(zhì)量通量也均有增強趨勢，在低平流層增強趨勢最大。對比南北半球的結(jié)果可見，在歷史時段，北半球下沉支的增強大于南半球下沉支的增強。在未來時段，CESM2-WACCM模式同樣顯示出北半球下沉增強大于南半球的增強，而CanESM5模式的模擬結(jié)果中北半球低層的下沉支增強較弱。

【參考文獻】：
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本文編號：3500849