ENSO降水异常多样性及其在全球变暖背景下的变化研究

来源 :南京信息工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhufeng19791123
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厄尔尼诺-南方涛动(El Ni(?)o-Southern Oscillation,ENSO)是全球气候系统中最强的年际变率模态。ENSO通过调制热带太平洋对流加热异常,激发大尺度遥相关型,进而影响全球范围内的农业、生态系统和全球气候。以往研究指出ENSO驱动的降水异常的多样性主要是由于降水对SST的非线性响应,但似乎这种非线性关系并不能完全解释降水异常纬向分布多样性的原因,同时对于ENSO降水异常在全球变暖背景下向东移动和延伸的机制并没有完全解释清楚。本文发展了一个将Lindzen-Nigam边界层理论模型和湿静力能(moist static energy,简称MSE)收支分析相结合的分析方法,围绕ENSO激发的赤道中东太平洋降水异常展开了系统的研究。首先,从观测分析入手,揭示出了不同类型ENSO激发出的赤道降水异常空间型差异的形成机制;其次,基于一个耦合气候系统模式气候预估试验的大样本集合,提出了全球变暖背景下ENSO降水异常变化的新机制;最后,讨论了不同类型ENSO降水异常激发的全球遥相关型的差异,及其在全球变暖背景下的变化。论文主要结论总结如下:(1)观测分析表明,在ENSO成熟期冬季,赤道太平洋地区的ENSO降水异常在其纬向位置上呈现出明显的多样性特征:东太平洋型(EP)El Ni(?)o时的正降水异常中心相比于中太平洋型(CP)El Ni(?)o时的正降水异常中心和La Ni(?)a时的负降水异常中心明显向东偏移;La Ni(?)a期间的负降水异常的最小值位于CP El Ni(?)o期间正降水异常最大值的西侧,虽然前者的冷海温异常中心与后者的暖海温异常中心位置非常接近,甚至略微偏东。我们通过将水汽和MSE收支分析以及理想边界层模型(Lindzen-Nigamlike model,简称LN-like模型)结合起来,系统分析了多个物理过程对不同类型ENSO事件降水异常产生的贡献。结果表明,ENSO降水异常的多样性主要与下垫面海温异常通过Lindzen-Nigam机制引起的边界层辐合异常有关,其纬向位置主要受ENSO海温异常的经向分布和纬向分布所控制。La Ni(?)a期间负降水异常中心相比于CP El Ni(?)o期间正降水异常中心的西移主要是由非线性纬向湿焓平流和上述Lindzen-Nigam机制的共同作用导致的。此外,“对流-云-长波辐射”反馈过程、海温异常引起的潜热通量异常以及“风-湿焓平流”反馈过程进一步加强了这种纬向分布的多样性。(2)本文也对ENSO驱动的热带降水异常在全球变暖背景下的变化进行了预估,并进一步探究了导致这种变化的物理机制。ENSO成熟期冬季,ENSO驱动的热带降水异常在全球变暖下的变化在热带太平洋地区呈现出一种纬向偶极子的空间分布:赤道中东太平洋上有明显的正降水异常增加并有明显的东移和向东延伸的现象,同时热带西北太平洋地区有明显的负降水异常加强。进一步的分析结果表明:正降水异常东移和延伸主要是由于气候态信风和副热带环流(STC)在全球变暖下减弱,减少了由赤道向极地方向输送的异常暖水平流,导致下垫面海温异常的经向跨度变窄,从而导致海温异常的经向梯度加强,于是加强了赤道东太平洋地区的边界层水汽辐合,最终导致正降水异常东移和向东延伸。此外,气候态的变化(包括水汽的增加、垂直运动和MSE垂直层结的变化)和正“对流-云-长波辐射”反馈过程均有助于正降水异常的增强。这种正降水异常增强、东移和东扩通过加强向西北太平洋地区输送更多的低湿焓空气,导致热带西北太平洋地区负降水异常的加强和东扩。(3)此外,本文还进一步讨论了ENSO降水异常的多样性及其在全球变暖下的变化的影响,结果表明:由于ENSO降水异常在纬向位置的多样性,导致了不同类型ENSO中异常沃克环流、西北太平洋异常气旋(反气旋)以及太平洋-北美(PNA)遥相关型的纬向位置差异。在全球变暖背景下,ENSO热带降水异常的东移和向东延伸将导致异常沃克环流和PNA遥相关型的东移。西北太平洋地区的负降水异常的加强会导致其上空的异常反气旋加强,通过输送更多的水汽导致我国东南地区在El Ni(?)o冬季时变得更加湿润,同时也导致El Ni(?)o事件在未来达到峰值后的衰减速度更快,缩短了其持续时间。
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