太阳活动11年周期与南极海冰的可能联系
发布时间：2021-07-13 19:00
本文利用1979—2018年NCEP-DOE再分析资料、Hadley中心提供的全球海冰密集度格点资料以及反映太阳活动11年周期变化的太阳黑子数资料,研究了太阳活动与南极海冰变化的可能联系和其中涉及的物理过程。结果表明,太阳活动偏强年,南极半岛-威德尔海海冰密集度增加,罗斯海外围海冰密集度减少,反之亦然。通过定义一个反映上述变化的南极海冰偶极子指数,我们发现其与南极涛动（Antarctic Oscillation,AAO）的变化具有显著的负相关关系,与AAO密切相联系的绕极急流的非对称性结构在这一过程中起到了关键作用。当AAO强度较强时,西风急流在南极半岛-威德尔海一带向南偏转,在罗斯海附近向北偏转,引起暖空气易于进入南极半岛-威德尔海,而更多的冷空气进入罗斯海外围,从而造成海冰分布的偶极子结构。而当AAO为负位相时,情况与上述相反。对流层AAO模态对太阳活动的响应,可能在太阳活动与南极海冰两者的联系中起到了桥梁作用。进一步的研究揭示出太阳活动影响AAO的信号很可能源于平流层温度的响应,再通过对流层的平均经圈环流的调整,大气质量得以重新分布,在太阳活动偏强年,对流层低层易于出现负的AAO...
【文章来源】：极地研究. 2020,32(03)北大核心CSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
图5 年平均南极半岛-威德尔海(红色实线)、罗斯海外围(蓝色虚线)区域平均的850 hPa温度平流以及两者差值(灰色阴影,南极半岛-威德尔海平均减去罗斯海外围平均)的时间变化序列.所有序列均为经过标准化处理后的结果
图1 南极海冰、大气环流场与太阳黑子数(SSN)指数的回归分布型.a)年平均的海冰密集度(等值线,间隔:1.5×10-2)与SSN指数的回归分布型;b)850 hPa风场(矢量,单位:m·s-1)与SSN指数的回归分布型.浅、深色阴影分别表示通过90%、95%置信度检验的区域;图a中实线(虚线)表示正值(负值),红色(蓝色)梯形框表示选定的典型的正值(负值)区前人的工作指出AAO与南极罗斯海和威德尔海海冰的相反变化有密切的关系[14],为此,我们将年平均南半球热带外地区的海平面气压场回归到SID指数(图3a)。整体而言,在极区及较高纬度地区为显著的海平面气压正异常,在中纬度地区则为明显的海平面气压负异常,这与AAO负位相的分布特征较为一致。事实上,将1979—2018年期间年平均南半球20oS以南的海平面气压场进行经验正交函数分解,第1模态(方差贡献31.8%)就表现为纬向对称、而经向上是极区和中纬度地区的偶极形态,反映的是大气质量在南半球中、高纬度之间的反向变化,也即AAO的强度变化(图3b),故本文将第1模态对应的标准化时间系数定义为AAO指数。已有的研究证实了自20世纪70年代以来,AAO表现出明显的年代际增强趋势[40],这种变化趋势主要由温室气体的增长和平流层臭氧损耗所导致[41]。因此,图3c给出的是去掉线性趋势后的标准化AAO指数与SID指数的时间演变序列,可以看出两者基本呈反位相变化,计算1979—2018年期间AAO指数与SID指数原始序列的相关系数为-0.52(通过99%置信水平),去掉线性趋势后两者的相关系数为-0.34(通过95%置信水平),这说明AAO与SID之间具有显著的负相关关系。
前人的工作指出AAO与南极罗斯海和威德尔海海冰的相反变化有密切的关系[14],为此,我们将年平均南半球热带外地区的海平面气压场回归到SID指数(图3a)。整体而言,在极区及较高纬度地区为显著的海平面气压正异常,在中纬度地区则为明显的海平面气压负异常,这与AAO负位相的分布特征较为一致。事实上,将1979—2018年期间年平均南半球20oS以南的海平面气压场进行经验正交函数分解,第1模态(方差贡献31.8%)就表现为纬向对称、而经向上是极区和中纬度地区的偶极形态,反映的是大气质量在南半球中、高纬度之间的反向变化,也即AAO的强度变化(图3b),故本文将第1模态对应的标准化时间系数定义为AAO指数。已有的研究证实了自20世纪70年代以来,AAO表现出明显的年代际增强趋势[40],这种变化趋势主要由温室气体的增长和平流层臭氧损耗所导致[41]。因此,图3c给出的是去掉线性趋势后的标准化AAO指数与SID指数的时间演变序列,可以看出两者基本呈反位相变化,计算1979—2018年期间AAO指数与SID指数原始序列的相关系数为-0.52(通过99%置信水平),去掉线性趋势后两者的相关系数为-0.34(通过95%置信水平),这说明AAO与SID之间具有显著的负相关关系。Lefebvre等[14]的工作指出绕极急流对AAO影响南极海冰变化起到了关键作用,所以图4a、4b将海冰密集度及850 hPa风场分别回归到SID指数、AAO指数上进行比较分析。可以看到,无论是海冰密集度还是低层环流异常,图4a和4b均呈现出截然相反的响应。SID指数为正时,绕极西风减弱,别林斯高晋海-威德尔海外围一带风向具有偏北的分量,造成更多的冷空气进入该区域,引起海冰密集度增加；其余地区风向具有偏南的分量,有利于暖空气的流入,导致海冰密集度减少。与此相反,AAO强度偏强时,绕极西风急流明显增强,别林斯高晋海-威德尔海外围一带西风具有偏南的分量,给该区域带来由中纬度地区而来的暖空气,其余地区西风大都具有偏北的分量,导致极地而来的冷空气易于流入,这与别林斯高晋海-威德尔海外围一带海冰密集度减少,其余大部分地区海冰密集度增加的分析结果一致。
【参考文献】：
期刊论文
[1]太阳活动11年周期变化对南海夏季风爆发的可能影响[J]. 周群,陈文. 热带气象学报. 2020(01)
[2]北半球冬季平流层温度和Brewer-Dobson环流对11 a太阳循环的响应[J]. 施春华,蔡娟,郭栋,徐婷,陆晏. 大气科学学报. 2018(02)
[3]太阳活动变化对东亚冬季气候的非对称影响及可能机制[J]. 王瑞丽,肖子牛,朱克云,高枞亭. 大气科学. 2015(04)
[4]东亚冬季风气候变异和机理以及平流层过程的影响[J]. 陈文,魏科,王林,周群. 大气科学. 2013(02)
[5]Western Indian Ocean SST signal and anomalous Antarctic sea-ice concentration variation[J]. LIU Na 1 ZHANG Zhanhai 2,CHEN Hongxia 1,LIN Lina 1 1 First Institute of Oceanography,State Oceanic Administration,Qingdao 266061,China 2 Key Laboratory for Polar Science,Polar Research Institute of China,Shanghai 200136,China. Acta Oceanologica Sinica. 2011(02)
[6]太阳活动对中国东部夏季降水异常的可能影响[J]. 潘静,李崇银,顾薇. 气象科学. 2010(05)
[7]冬季太阳11年周期活动对大气环流的影响[J]. 刘毅,陆春晖. 地球物理学报. 2010(06)
[8]南极海冰涛动及其对东亚季风和我国夏季降水的可能影响[J]. 卞林根,林学椿. 冰川冻土. 2008(02)
[9]南极海冰北界涛动指数及其与我国夏季天气气候的关系[J]. 马丽娟,陆龙骅,卞林根. 应用气象学报. 2007(04)
[10]南极海冰与我国夏季天气的关系[J]. 马丽娟,陆龙骅,卞林根. 极地研究. 2006(01)
本文编号：3282621
【文章来源】：极地研究. 2020,32(03)北大核心CSCD
【文章页数】：11 页
【部分图文】：
图5 年平均南极半岛-威德尔海(红色实线)、罗斯海外围(蓝色虚线)区域平均的850 hPa温度平流以及两者差值(灰色阴影,南极半岛-威德尔海平均减去罗斯海外围平均)的时间变化序列.所有序列均为经过标准化处理后的结果
图1 南极海冰、大气环流场与太阳黑子数(SSN)指数的回归分布型.a)年平均的海冰密集度(等值线,间隔:1.5×10-2)与SSN指数的回归分布型;b)850 hPa风场(矢量,单位:m·s-1)与SSN指数的回归分布型.浅、深色阴影分别表示通过90%、95%置信度检验的区域;图a中实线(虚线)表示正值(负值),红色(蓝色)梯形框表示选定的典型的正值(负值)区前人的工作指出AAO与南极罗斯海和威德尔海海冰的相反变化有密切的关系[14],为此,我们将年平均南半球热带外地区的海平面气压场回归到SID指数(图3a)。整体而言,在极区及较高纬度地区为显著的海平面气压正异常,在中纬度地区则为明显的海平面气压负异常,这与AAO负位相的分布特征较为一致。事实上,将1979—2018年期间年平均南半球20oS以南的海平面气压场进行经验正交函数分解,第1模态(方差贡献31.8%)就表现为纬向对称、而经向上是极区和中纬度地区的偶极形态,反映的是大气质量在南半球中、高纬度之间的反向变化,也即AAO的强度变化(图3b),故本文将第1模态对应的标准化时间系数定义为AAO指数。已有的研究证实了自20世纪70年代以来,AAO表现出明显的年代际增强趋势[40],这种变化趋势主要由温室气体的增长和平流层臭氧损耗所导致[41]。因此,图3c给出的是去掉线性趋势后的标准化AAO指数与SID指数的时间演变序列,可以看出两者基本呈反位相变化,计算1979—2018年期间AAO指数与SID指数原始序列的相关系数为-0.52(通过99%置信水平),去掉线性趋势后两者的相关系数为-0.34(通过95%置信水平),这说明AAO与SID之间具有显著的负相关关系。
前人的工作指出AAO与南极罗斯海和威德尔海海冰的相反变化有密切的关系[14],为此,我们将年平均南半球热带外地区的海平面气压场回归到SID指数(图3a)。整体而言,在极区及较高纬度地区为显著的海平面气压正异常,在中纬度地区则为明显的海平面气压负异常,这与AAO负位相的分布特征较为一致。事实上,将1979—2018年期间年平均南半球20oS以南的海平面气压场进行经验正交函数分解,第1模态(方差贡献31.8%)就表现为纬向对称、而经向上是极区和中纬度地区的偶极形态,反映的是大气质量在南半球中、高纬度之间的反向变化,也即AAO的强度变化(图3b),故本文将第1模态对应的标准化时间系数定义为AAO指数。已有的研究证实了自20世纪70年代以来,AAO表现出明显的年代际增强趋势[40],这种变化趋势主要由温室气体的增长和平流层臭氧损耗所导致[41]。因此,图3c给出的是去掉线性趋势后的标准化AAO指数与SID指数的时间演变序列,可以看出两者基本呈反位相变化,计算1979—2018年期间AAO指数与SID指数原始序列的相关系数为-0.52(通过99%置信水平),去掉线性趋势后两者的相关系数为-0.34(通过95%置信水平),这说明AAO与SID之间具有显著的负相关关系。Lefebvre等[14]的工作指出绕极急流对AAO影响南极海冰变化起到了关键作用,所以图4a、4b将海冰密集度及850 hPa风场分别回归到SID指数、AAO指数上进行比较分析。可以看到,无论是海冰密集度还是低层环流异常,图4a和4b均呈现出截然相反的响应。SID指数为正时,绕极西风减弱,别林斯高晋海-威德尔海外围一带风向具有偏北的分量,造成更多的冷空气进入该区域,引起海冰密集度增加；其余地区风向具有偏南的分量,有利于暖空气的流入,导致海冰密集度减少。与此相反,AAO强度偏强时,绕极西风急流明显增强,别林斯高晋海-威德尔海外围一带西风具有偏南的分量,给该区域带来由中纬度地区而来的暖空气,其余地区西风大都具有偏北的分量,导致极地而来的冷空气易于流入,这与别林斯高晋海-威德尔海外围一带海冰密集度减少,其余大部分地区海冰密集度增加的分析结果一致。
【参考文献】：
期刊论文
[1]太阳活动11年周期变化对南海夏季风爆发的可能影响[J]. 周群,陈文. 热带气象学报. 2020(01)
[2]北半球冬季平流层温度和Brewer-Dobson环流对11 a太阳循环的响应[J]. 施春华,蔡娟,郭栋,徐婷,陆晏. 大气科学学报. 2018(02)
[3]太阳活动变化对东亚冬季气候的非对称影响及可能机制[J]. 王瑞丽,肖子牛,朱克云,高枞亭. 大气科学. 2015(04)
[4]东亚冬季风气候变异和机理以及平流层过程的影响[J]. 陈文,魏科,王林,周群. 大气科学. 2013(02)
[5]Western Indian Ocean SST signal and anomalous Antarctic sea-ice concentration variation[J]. LIU Na 1 ZHANG Zhanhai 2,CHEN Hongxia 1,LIN Lina 1 1 First Institute of Oceanography,State Oceanic Administration,Qingdao 266061,China 2 Key Laboratory for Polar Science,Polar Research Institute of China,Shanghai 200136,China. Acta Oceanologica Sinica. 2011(02)
[6]太阳活动对中国东部夏季降水异常的可能影响[J]. 潘静,李崇银,顾薇. 气象科学. 2010(05)
[7]冬季太阳11年周期活动对大气环流的影响[J]. 刘毅,陆春晖. 地球物理学报. 2010(06)
[8]南极海冰涛动及其对东亚季风和我国夏季降水的可能影响[J]. 卞林根,林学椿. 冰川冻土. 2008(02)
[9]南极海冰北界涛动指数及其与我国夏季天气气候的关系[J]. 马丽娟,陆龙骅,卞林根. 应用气象学报. 2007(04)
[10]南极海冰与我国夏季天气的关系[J]. 马丽娟,陆龙骅,卞林根. 极地研究. 2006(01)
本文编号：3282621
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