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我室翦知湣教授团队在Journal of Climate发表论文,揭示岁差驱动的热带太平洋海温季节循环的纬向三极型异常格局

时间:2019-08-21浏览:22设置

201981日,国际著名气候学杂志《气候学报》(Journal of Climate, JC)以Precessional forced zonal triple-pole anomalies in the tropical Pacific annual cycle为题发表了我室王跃副研究员的研究成果。

厄尔尼诺-南方涛动(El Nino-Southern OscillationENSO)是热带太平洋年际尺度气候变化的最显著特征,对我国夏季风降雨有重要影响,例如1998年长江流域洪水的罪魁祸首就是一个超级El Nino事件。但热带太平洋具有两种类型的El Nino事件,前者的海表温度异常表现为冬春季的纬向跷跷板格局(西冷-东暖),变暖中心位于东太平洋,属于经典型El Nino;后者则更多体现为夏季的纬向三极格局(东、西两头冷、中间暖),变暖中心位于日界线附近,称为ModokiEl Nino。随着1970年后全球变暖加剧,ModokiEl Nino的出现次数更为频繁。这说明不同的外部驱动条件下,ENSO相关的SST季节循环特征也会“与时俱进”。由于地球运行轨道参数具有周期性变化,比如地球自转轴像陀螺一样转动,导致两分点(春分、秋分)/两至点(冬至、夏至)在黄道面上也绕太阳旋转,其位置岁岁有差,这就是我国晋代天文学家虞喜(于公元330年)最早发现的“岁差”,祖冲之于公元463年制定《大明历》时将岁差引入历法计算,属于世界首创。这种2.3万年循环一次的岁差导致地球“晒太阳”的姿势不断调整,同一纬度上不同季节接收到的太阳辐射量也随时间周期性改变(图1),本研究关注的重点就是太阳辐射量的季节循环变化将会如何影响热带太平洋的类ENSO型古气候?

1岁差驱动的赤道太阳辐射量季节循环变化

本研究利用美国NCAR CESM模式进行30万年以来轨道辐射量驱动的瞬变加速模拟,通过对赤道太平洋表层海温(SST)的季节循环进行多维经验正交函数分解,获得两个主要的“纬向三极型”异常空间模态(图2, 其时间序列演变分别受控于岁差周期上的夏-冬季辐射量梯度变化(至点岁差驱动)和秋-春季辐射量梯度变化(分点岁差驱动)。例如,夏-冬季辐射量梯度增大时,夏季赤道太平洋SST呈洋盆尺度整体增暖特征,减去洋盆平均值之后,呈现出纬向“正-负-正”异常格局,其中太平洋西部和东部的暖SST异常对应于大气异常上升运动,而赤道中太平洋的冷SST异常对应于大气异常下沉运动、海洋上升流增强、温跃层变冷;与此同时,冬季赤道太平洋海气耦合异常也具有类似的空间格局、符号与夏季相反;尽管年平均SST由冬季变化主导,年平均Walker环流却由夏季主导(在160ºW以西显著增强),赤道降雨量在135ºE以西显著增加、在135ºE160ºW之间显著减少。秋-春季辐射量梯度驱动的赤道太平洋海气耦合响应集中于秋季和春季,空间格局类似、秋季异常与春季异常符号相反,尽管年平均SST由秋季异常主导,年平均Walker环流仅在160ºE以东略微增强(春季主导),降雨量异常在160ºW以西有小幅度增加、在160ºW以东有小幅度减少,与Walker环流变化一致。因此赤道太平洋年平均气候态对夏-冬季辐射量梯度和秋-春季辐射量梯度具有不同响应方式,指示出赤道太平洋SSTWalker环流的不同季节偏向性,对于未来古海洋替代指标重建研究有很好的指示意义。

2 a)现代气候平均的赤道海表温度季节循环,(b)和(c)分别是至点岁差和分点岁差辐射量驱动的季节循环异常(相对于现代的差值)。

3 a)、(b)和(c)分别是至点岁差辐射量驱动的夏季、冬季、年平均赤道大气Walker环流异常;(d)、(e)和(f)分别是分点岁差辐射量驱动的秋季、春季、年平均赤道大气Walker环流异常。

  

文章的第一和通讯作者为我室副研究员王跃,翦知湣教授为共同通讯作者。该项研究得到国家自然科学基金(41606045, 41630965, 91428310, 41405078 and 4160604941776023)、中央高校基本科研专项资金(No. 10120172016KJ005),中科院南海所启明星计划(No. NHXX2018WL0201)等项目的资助,本研究数值模拟由上海超算中心魔方2计算平台(DAWN5000A)完成。

  

全文链接:https://journals.ametsoc.org/doi/pdf/10.1175/JCLI-D-18-0668.1 

  


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