太阳活动对北半球冬季气候的影响及其可能机制

发布时间：2020-05-01 20:51

【摘要】：本文主要利用NOAA提供的10.7cm太阳射电通量和NCEP/NCAR的再分析资料,研究了太阳活动对北半球冬季气候的影响及可能机制。结果表明,太阳活动与北半球冬季气候联系紧密,但二者的关系深受年代际和年际气候背景的影响。在年代际尺度上,我们发现太阳活动周的高低位相对应着不同的太阳-气候联系,20世纪70年代末的年代际气候转折也调节着太阳活动对北半球冬季气候的影响。在年际尺度上,太阳活动与气候的联系在平流层赤道纬向风准两年振荡(QBO)不同位相下存在显著差异。主要得出了以下结论:(1)太阳活动在其强、弱时期对东亚冬季气候的影响具有显著的非对称性特征,二者之间的联系在太阳活动较强时期明显强于太阳活动较弱时期。在强太阳活动时期,随着太阳活动的增强,平流层行星波异常向赤道传播,高纬地区E-P通量辐散,平流层-对流层耦合导致中高纬度西风及北极涛动(AO)出现一致的正响应,使得东亚大槽、西伯利亚高压等冬季风系统成员显著偏弱,同时热带西北太平洋海温异常偏冷,海陆热力差异缩小,大气环流经向度的减弱,东亚冬季风偏弱,使得东亚大部分地区气温显著偏高,中高纬降水增多。而在弱太阳活动时期,太阳活动与东亚冬季大气环流之间几乎不存在显著联系。(2)太阳活动对北半球冬季气候的影响具有明显的年代际变化,二者的联系在20世纪70年代末发生了转折。1952-1978年,太阳活动主要通过厄尔尼诺/南方涛动(ENSO)影响热带太平洋的气候,太阳活动强年,位于赤道中东太平洋的海温通过调节对流活动,与大气环流耦合形成正反馈,导致局地气温显著变化。此外,太阳活动造成的ENSO型海温异常也可能导致热带外地区行星波活动异常,使得极地的位势高度显著增高,极涡减弱,极地气温升高。而在1979-2011年,太阳活动主要通过调节平流层-对流层耦合影响欧亚和非洲大陆以及格陵兰岛,强太阳活动对应AO正位相,中纬度地区纬向风增强,来自大西洋的暖平流导致欧亚地区气温升高,而伴随着亚速尔高压的加强,影响北非的东北气流得到加强,导致当地气温降低,此外,AO正位相对应极涡稳定,不利于冷空气南下,格陵兰地区气温偏低。(3)赤道平流层纬向风准两年振荡(QBO)的相位对太阳活动的影响也具有调制作用,当QBO为西风态时,太阳活动主要在后冬对北半球冬季平流层中下层气候产生影响,且这种影响主要体现在对极区的作用上,低纬度太阳信号微弱。2月,太阳活动对极区气候的影响达到最强,随着太阳活动增强,在行星波的作用下极夜急流与极涡显著减弱,北半球环状模(NAM)呈负异常,此外,中纬度出现深厚的异常西风。而在QBO东风位相下,前冬太阳活动主要改变北半球低纬度平流层的大气热状况及大气环流,12月太阳活动的影响达到最强。随着季节进程的推进,后冬太阳活动对热带大气的影响逐渐减弱,开始通过调制平流层的行星波活动影响北半球高纬度大气,这种影响在3月份已经独立于热带太阳信号而存在。
【图文】：

位相图,东风,位相,太阳活动

冰岛区域的影响已经独立于中低纬的太阳信号，形成一个闭合的正相关中心。然而在纬向风上，太阳活动仅在二月份其存在显著的线性关系，同时，，EP 通量对太阳活动的响应也在 2 月份达到最强。我们可以看到，在 2 月份(图 4-16d)，随着太阳活动增强，平流层行星波存在向赤道的异常传播，这使得 EP 通量在高纬度辐散，而在中纬度辐合，从而导致了图 4-15d 中极夜急流增强，而中纬度西风减弱。根据刘毅和陆春晖的研究[106],东风态 QBO 时，太阳活动的效应主要集中的赤道平流层中高层，而北半球中高纬的环流主要受行星波的影响。这与我们的工作有一定的一致性，即都认为强的太阳活动是增强的紫外辐射加热了赤道地区的臭氧层

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冰岛区域的影响已经独立于中低纬的太阳信号，形成一个闭合的正相关中心。然而在纬向风上，太阳活动仅在二月份其存在显著的线性关系，同时，EP 通量对太阳活动的响应也在 2 月份达到最强。我们可以看到，在 2 月份(图 4-16d)，随着太阳活动增强，平流层行星波存在向赤道的异常传播，这使得 EP 通量在高纬度辐散，而在中纬度辐合，从而导致了图 4-15d 中极夜急流增强，而中纬度西风减弱。根据刘毅和陆春晖的研究[106],东风态 QBO 时，太阳活动的效应主要集中的赤道平流层中高层，而北半球中高纬的环流主要受行星波的影响。这与我们的工作有一定的一致性，即都认为强的太阳活动是增强的紫外辐射加热了赤道地区的臭氧层
【学位授予单位】：成都信息工程学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P461.1

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