北极海冰减少对北半球中纬度夏季温度的影响

论文摘要

伴随北极变暖和海冰减少,北半球中纬度气候正在发生显著变化,冷冬和热浪等极端天气事件频发。北极变暖和海冰减少是否能通过大尺度大气环流影响北半球中纬度气温已成为热点问题。然而,不论是基于观测资料诊断,还是基于模式模拟分析,北极海冰减少是否及如何对夏季北半球中纬度气温产生影响仍然没有被认识清楚。本文首先基于1979-2012年北极海冰观测资料、NOAA地面气温分析资料以及ERA-Interim大气再分析资料,采用回归和相关等统计分析方法,揭示了北极海冰长期及年际变率的空间分布,分析了北极海冰减少对夏季北半球中纬度气温和大气环流的影响规律;然后,利用CAM4和ECHAM5两个大气环流模式,设计了有海冰异常强迫（AMIPfull）和无海冰异常强迫（AMIPnoSIC）两组对比试验,验证了北极海冰减少对夏季北半球中纬度气温和大气环流的影响规律。结果表明:北极海冰减少通过影响大气环流进而导致夏季北半球中纬度低层气温显著降低,并且这种变冷信号可能主要由春季海冰减少主导。这一结果暗示,北极海冰减少一定程度上抵消了海温和温室气体引起的升温趋势,而以往研究提出的夏季北半球中纬度增暖是由于北极海冰减少导致的说法可能不成立。利用前期三个季节（秋季、冬季、春季）北极海冰指数回归的夏季地表气温异常显示,从秋季至春季,伴随北极海冰减少,夏季欧亚大陆变冷信号越来越显著。尤其是由于春季北极海冰减少强迫,整个欧亚大陆夏季呈现变冷信号,以地中海区域、欧亚大陆北部最为显著,同时北美南部的变冷信号开始增强。春季北极海冰异常信号一定程度可以成为预测北半球中纬度夏季气温的先兆指标。夏季北半球中纬度大陆变冷信号与大气环流场对北极海冰减少强迫的响应一致。首先,与北极海冰异常相联系的大气位势高度场异常呈现相当正压结构;其次,伴随春季北极海冰减少,夏季欧亚大陆整体呈现出低压异常异常,地中海地区、北美西南部也出现显著的异常低压异常中心,因而导致北半球中纬度大陆夏季温度下降。另外,春季北极海冰减少会削弱欧亚大陆和北美大陆的高压异常中心,这也为北极海冰减少导致北半球夏季大陆变冷提供了一定的依据。数值模拟对比试验验证了北极海冰减少可以导致夏季北半球中纬度大陆变冷,并且这种变冷信号可能是由春季海冰减少主导。北极海冰减少导致欧亚大陆和北美大陆夏季出现大范围降温趋势,并且对流层中低层的降温趋势比地面更加显著,降温范围更大,尤其是在俄罗斯北部、欧洲和北美三个区域。北极海冰异常强迫引起的地面气温变冷趋势约为-0.07～-0.11℃/1Oyr,可以抵消海温引起升温趋势的20～30%。数值模拟对比试验进一步印证,北极海冰减少是通过影响大气环流场进而导致北半球中纬度夏季变冷。北极海冰异常强迫的夏季500hPa位势高度场异常呈现出类似于负位相的AO/NAO模态,即北极地区位势高度场显著抬高,而中纬度地区呈现出大范围下降,从而导致中纬度和极地之间的位势高度梯度减小,夏季极涡减弱。同时,夏季300hPa副热带急流从东亚到大西洋中部显著加强,但北美北部和大西洋地区西风显著减弱。北极海冰异常强迫导致北冰洋沿岸出现显著的东风,中高纬度地区出现增强的经向风,这使得北极冷空气更容易向南入侵到北美大陆西北部、欧洲和俄罗斯北部。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 北极海冰变率的研究进展
•   1.2 北极海冰减少归因的研究进展
•   1.3 本文主要内容
• 第二章 资料与方法
•   2.1 资料
•     2.1.1 观测资料
•     2.1.2 模式资料
•   2.2 方法
•     2.2.1 显著性检验
•     2.2.2 一元线性回归
•     2.2.3 线性相关分析
•     2.2.4 年代际方法
•     2.2.5 插值方法
• 第三章 北极海冰长期及年际变率的空间特征
•   3.1 引言
•   3.2 不同季节北极海冰信号的持续性
•   3.3 长期及年际尺度上北极海冰的空间特征
•   3.4 海冰信号持续性及变率空间特征的解释
•   3.5 本章小结
• 第四章 观测中北极海冰对北半球中纬度夏季温度的影响
•   4.1 引言
•   4.2 观测中北极海冰对中纬度夏季温度场的影响
•   4.3 观测中北极海冰对中纬度夏季环流场的影响
•   4.4 本章小结
• 第五章 模式中北极海冰对北半球中纬度夏季温度的影响
•   5.1 引言
•   5.2 模式中北极海冰对北半球中纬度夏季温度场的影响
•     5.2.1 北极海冰对中纬度夏季地面气温的影响
•     5.2.2 北极海冰对中纬度夏季中低对流层气温的影响
•   5.3 模式中北极海冰对中纬度夏季环流场的影响
•   5.4 年代际方法验证模式中海冰的影响
•   5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
•   6.1 本文总结
•   6.2 本文创新
•   6.3 存在问题及展望
•     6.3.1 北极海冰导致北半球中纬度大陆夏季温度降低的机制解释
•     6.3.2 模式差异问题
• 参考文献
• 硕士期间已发表论文
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 程鲁尧

导师: 杨修群,吴其冈

关键词: 北极海冰,中纬度,气温,大气环流

来源: 南京大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 气象学,海洋学

单位: 南京大学

分类号: P731.15;P461

总页数: 72

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