21世纪初期北美地区最低温与大气能量的变化特征

发布时间：2020-04-11 23:02

【摘要】：自全球进入工业化社会以来,全球平均气温在温室效应的作用下呈现出明显的上升趋势。但在21世纪初期,北半球陆面温度的增长速率出现了明显的停滞,即增温减缓现象。增温减缓现象的出现激化了关于温室效应是否会导致全球继续变暖的质疑,而且它的影响不局限于温度变化,已经渗透到诸多方面。这一时期,北半球中高纬度地区下垫面由干转湿,西伯利亚常绿针叶林面积增加了10%,以及中国地区频发干旱。以往的研究集中于地表气温增速减缓的物理机制,较少关注同时期最低温以及大气能量的变化特征。一方面,最低温对于全球气候变化响应敏感,直接影响生态系统的碳循环过程;另一方面,增温减缓的概念需要用能量单位进行重新评估,以加深对该现象的认知。因此,本文基于欧洲中期数值预报中心提供的再分析资料,分析了增温减缓时期北美地区最低温以及大气能量的变化特征,确定了影响最低温年代际变化的因子,量化了外部能量收支以及内部能量调整对大气能量的贡献。主要研究结果如下:(1)北美地区最低温的年代际变化在增温减缓期间出现了明显的下降现象,在1998年后由之前的增长趋势变为减小趋势。北大西洋多年代际振荡(AMO)与最低温年代际变化联系密切,仅用AMO指数就能很好的拟合出最低温在增温减缓期间的下降现象。根据合成分析,当AMO处于正位相时,整个北美陆地区域的最低温距平均为正值。这是由于在夜间,北大西洋与太平洋东北部在500 hPa等压面存在两个低压性气旋系统,使得沿海地区以海风为主,内陆区域以南风为主,气流运动以暖平流输送为主,导致最低温升高;当AMO转变为负位相时,最低温距平同步由正值变为负值,空间分布则与正位相时类似。原来的两个低压气旋系统转变为高压反气旋系统,沿海地区以陆风为主,内陆区域从南风转向为偏北风,将大量的冷空气输送至北美地区,导致最低温降低。增温减缓期间AMO由正位相向负位相的转变是造成最低温年代际变化出现明显下降的原因。(2)感热能与潜热能之和热焓与北美地区大气总能量变化相位一致,幅度接近,能准确表示大气能量长期的年代际变化以及高频的年际变化特征,证明用热焓来替代分析北美大气能量变化是合理的。利用热焓模态分解法可将不同等压面层结的原始热焓分解为由外部能量收支影响的正压模态以及由内部能量调整影响的斜压模态。斜压模态主要影响着对流层底1000 hPa、925 hPa层结以及平流层内的位温变化,而正压模态主要控制着对流层内的位温变化。正压模态热焓在不同层结均呈现出线性增长趋势,在对流层内的增长幅度最为明显;而斜压模态的变化特征与原始热焓类似,对流层增加平流层减小。增温减缓期间,地表大气热焓即1000 hPa层结类似温度出现了相同的线性增长停滞特征,线性趋势由之前的10.35×10~155 J/mb/年减小为-0.13×10~155 J/mb/年。热焓斜压模态线性趋势的空间分布与原始热焓类似,呈现出单点负值中心向周围扩散递增的分布型,在增温减缓期间对于北美中部大部分地区热焓变化的贡献要大于正压模态,正压模态主要影响着北美西南区域的热焓变化。
【图文】：

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硕士学位论文 21 世纪初期北美地区最低温与大气能量的算得到上包络线与下包络线的均值线 m，如果 m 在数据各 0，，那么将 x 与 m 的差值 h1作为第一个本征模态函数 c1；反 h1继续重复第一步与第二步直至 m 满足条件得到第一个本与 c1做差得到残余分量 r1，将其作为新的 x1，再对 x1重复征模态函数 ci，当 x1呈单调变化或只有 1 个极值点时，即征模态函数。

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80o-0o,15o-60oN）1981-2014 年最高温（红线，Tm线，Tmin）的时间序列，虚线代表一元线性回归1998-2014 年的增温减缓时期）温减缓期间出现的年代际尺度的显著下降法确认了最低温变化出现转折的具体年份实线与虚线的交点分别代表了最高温、平均份。最低温变化在增温减缓开始年份 199点且通过了显著性水平 0.05 的显著性检验，难以判定是否发生突变，这说明最低温对为突变检验结果的补充，我们在图 3-2b 中 17 年滑动线性变化趋势。在 1997 年前后了负值，到 1998 年后降低趋势更为明显，最低温突变年份提早 1 年。综上可以初步份最低温变化出现了转折，北美最低温变化
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P467

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