太阳风影响北半球冬季大气环流的特征及其数值模拟研究

发布时间：2020-05-14 11:02

【摘要】：太阳风驱动气候变化被认为是放大太阳活动驱动气候变化的重要途径之一,中高纬地区大气环流异常尤其是北大西洋涛动(NAO)与太阳活动密切相关,是太阳活动通过空间天气影响气候的关键敏感区域之一。本文围绕太阳风通过高能电子化学作用影响气候变化的途径,应用多元线性回归方法分析了北半球冬季大气环流、NAO和海表温度(SST)对太阳风速度(SWS)的响应,讨论了太阳风信号在气候系统中的可能传输途径和机制,同时基于第六次耦合模式比较计划(CMIP6)太阳强迫数据集中的粒子强迫数据,使用化学-气候耦合模式SOCOL3.0对高能粒子沉降(EPP)的气候效应进行了气候模拟,评估了空间粒子强迫对地球气候的影响程度和过程。主要结论如下:(1)北半球冬季大气环流、NAO和海温与SWS、太阳黑子、火山气溶胶、ENSO、准两年振荡(QBO)和趋势项等因子的多元线性回归分析表明,相比其它外强迫和大气内部因子,SWS对NAO及相关大气环流和海温的影响更为显著。太阳风对行星波活动的影响在太阳风速度信号的向极向下传播及平流层-对流层耦合过程中起重要作用。(2)基于CMIP6太阳强迫的粒子强迫输入,使用SOCOL3.0模式对太阳风作用下低能量电子(LEE)和中能量电子(MEE)沉降的化学作用的模拟评估指出,LEE产生的NO_x([N]+[NO]+[NO_2])通量的上边界条件设定有决定性的意义。本文中使用CMIP6推荐的LEE参数化方案所做的模拟试验表明,LEE生成的NO_x不仅对中间层臭氧消耗巨大,其通过EPP间接效应输送到平流层的量也不容忽视,会影响平流层臭氧含量。(3)模拟结果表明,在模式中加入LEE和MEE能提高模式对NO_x浓度的模拟精度,同时对北半球冬季和南半球春季极地平流层中层温度模拟有一定改善。(4)加入LEE和MEE后模式能较好模拟出ERA-Interim资料中观测到的北半球冬季气温和纬向风对SWS的响应。这进一步为可能影响NAO的化学-动力学机制提供了有力证据。这也表明,为了提高气候模拟准确性,一个包含完整EPP过程描述的气候模式是十分必要的。(5)太阳风影响北半球冬季气候及NAO可能有两种途径:一种是高能粒子沉降效应引起的化学-动力学机制,另一种为空间天气-大气电-云微物理机制。根据本文的工作结果,通过高能电子途径的化学-动力学机制能够部分解释观测资料中SWS与NAO和海温之间的联系,同时也指示大气电作用可能也对气候系统尤其是更低层的对流层大气环流异常起到重要作用。
【图文】：

回归因子,多元回归分析,月平均,时间序列

华东师范大学 2019 届硕士学位论文第三章太阳风信号的观测分析第三章太阳风信号的观测分析高速太阳风主要来自太阳的冕洞高速流[92]，而非太阳黑子，其速度变化虽然也存在准 11 年的活动周期，但与太阳黑子活动周期间存在着显著的相位差，分析表明近 60 年来太阳风速度 11 年周期变化与黑子 11 年周期变化存在着 39 个月的相位差[32]。由于太阳风速度时序变化的特殊性，研究其驱动气候过程对于深入认识太阳活动驱动气候变化空间天气机制具有重要意义[8, 15]。

空间分布图,海表温度距平,回归系数,因子

华东师范大学 2019 届硕士学位论文第三章太阳风信号的观测分析也有体现，但与 G2013 的结果相比并不显著。此外，图 3f 中大西洋/欧洲区域出现了类 NAO 的信号，但通过显著性检验的区域主要位于欧洲大陆上。如图 2d-e所示，海表温度对 QBO 因子的响应表现为西太平洋的变暖。图 3d-e 则表明，海平面气压对 QBO 因子有一个类 NAO 的响应，，类似于 Gray 等[98]的结果。
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P434;P461.1

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