青藏高原积雪异常的全球气候效应研究

发布时间：2020-09-15 14:56

　　 积雪是反映高原热状况的一个极为重要因子。高原积雪冬季最大覆盖率超过70%,其季节和年际波动较大,同时具有明显的年代际变化特征,是青藏高原地-气耦合系统变化中相对活跃部分,其异常对亚洲季风和全球气候都有重要影响。过去有相当多的工作讨论冬春季青藏高原积雪异常通过反照率和融雪水文效应对亚洲夏季风产生显著影响,本文分两部分重点研究秋冬季和春季青藏高原积雪异常对全球大气环流的影响,并揭示相关机理。过去有观测研究证实了秋冬季青藏高原和蒙古地区积雪异常偶极型和冬季北太平洋北美大气环流型(PNA)有显著关联,本研究首先通过使用CAM4和CLM4.0模式进行多集合短期模拟来研究大气对青藏高原和蒙古地区偶极型积雪强迫的响应。模式的边界采用气候平均的海温和海冰,以及卫星观测的10-3月青藏高原和蒙古地区积雪覆盖度(SCE)和积雪水当量(SWE)。从观测资料中挑选了极端的两年,1997/98年从秋季到次年3月青藏高原地区极端多雪,蒙古地区少雪,1984/85年从秋季到次年3月青藏高原地区少雪,蒙古地区极端多雪,将这两年的SCE和SWE作为强迫场加入到模式中,其他区域的积雪使用模式的预报量。在各种强迫试验中,两种极端积雪状态模拟的集合平均之差可以显示出局地、远距离,同期和延迟的气候响应。第一部分的主要结论有:(1)大气对10-3月青藏高原地区积雪正异常和蒙古地区积雪负异常偶极型的响应(减去极端相反的结果)有青藏高原地区地表冷却,包含蒙古地区的周边地区变暖,以及冬季类似于PNA型的大气响应。(2)局地响应的维持是由于持续的非绝热冷却或加热,PNA型遥相关响应的出现主要是由于秋冬季持续的青藏高原积雪强迫导致的准定常Rossby波东传,以及冬季天气尺度瞬变扰动反馈机制。(3)单独的秋季或者冬季的青藏高原和蒙古地区积雪偶极型试验的局地响应和总的试验(从10月到3月)类似,但是冬季PNA响应较弱,冬季PNA响应是对秋季和冬季积雪强迫的累加响应。(4)秋冬季持续的青藏高原积雪在形成冬季PNA型大气响应中扮演重要的角色(相比于蒙古地区积雪强迫)。其次,利用观测分析和多集合短期模拟研究全球大气对青藏高原春季积雪异常增多的响应。模式的设置和第一部分类似,但积雪强迫区域为青藏高原,从3月模拟到5月,从观测资料中挑选了青藏高原极端多雪的3年和极端少雪的3年,大气响应定义为3年多雪试验的平均减去3年少雪试验的平均。主要结论有:(1)青藏高原春季积雪增加会导致同期发生的青藏高原到北太平洋地区显著的对流层冷却,以及出现在整个对流层和平流层的负位相北太平洋涛动/西太平洋环流型(NPO/WP)响应。(2)青藏高原春季积雪增加在低纬会造成太平洋信风显著增强,在赤道太平洋海域造成ITCZ增强以及局地哈德莱环流(Hadley)增强。(3)春季青藏高原多雪导致的负位相NPO//WP环流响应的发展和维持与沿着中纬度急流横跨整个北半球的天气尺度瞬变扰动,以及中心位于北太平洋的半球尺度准定常波通量偶极型的传播有关。第一和第二部分的结果表明,青藏高原积雪对北半球气候的影响可以从秋季持续到春季,局地积雪异常首先导致局地加热和冷却,然后通过影响准定常Rossby波通量的传播,以及天气尺度瞬变扰动的反馈作用,在东亚-北太平洋-北美地区产生显著的环流响应。以上结果清晰表明冬春季青藏高原积雪异常能够显著影响太平洋-北美遥相关和北太平洋涛动等大气环流模态,同时对热带,极地和平流层大气环流均有显著影响,是全球和亚洲气候的重要强迫因子。
【学位单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：P426.635
【部分图文】：

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本文编号：2819113