平流层经向环流变化与对流层天气气候变化的相互影响和联系
发布时间：2021-11-17 11:48
平流层中大尺度经向环流Brewer-Dobson环流（BD环流）在平流层对流层相互作用以及物质能量交换中扮演着非常重要的角色,其变化也与诸多平流层和对流层过程存在联系,且对对流层天气气候有不可忽视的影响。本论文利用多种再分析资料和模式资料,首先分别研究了平流层经向环流和对流层经向环流的变化特征及其影响因子,然后分析了平流层经向环流和对流层经向环流之间的协同变化及其联系,最后讨论了平流层BD环流影响地面气压的一种可能机制。论文的主要结论如下:（1）首先利用两种再分析资料和两个CMIP6模式的模拟资料,对比了历史和未来不同场景下的中下平流层BD环流上升支宽度和强度的变化趋势。结果表明,在本文研究的历史时段（1979–2014年）几种资料的结果一致表明BD环流强度存在增强的趋势,上升支宽度在下平流层（50 hPa以下）变得更窄,在平流层中部（30 hPa–10 hPa）变得更宽。气候模式模拟试验中温室气体增加是造成模式模拟的BD环流强度和宽度变化的主要原因。在RCP8.5情景下（2015–2100年）,两个模式模拟的未来BD环流宽度在下平流层一致变窄,在中平流层趋势相反,行星波活动趋势的差异...
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：117 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
979年-2015年平流层BD环流速度气候态分布，从上至下分别为年平均、DJF季节平均和JJA季节平均
兰州大学博士研究生学位论文平流层经向环流变化与对流层天气气候变化的相互影响和联系29BD环流速度随高度的分布（图3.1e–l）可见，随高度升高，上升支向夏季半球的移动变得更加明显。CanESM5模式中BD环流在高层模拟的不足也更加明显，再分析资料的结果显示，中上平流层的BD环流上升区域几乎覆盖了整个夏季半球，CanESM5模式中上升区域明显偏窄。图3.21979-2014年气候平均平流层70hPaBD环流垂直速度的季节变化。从左至右分别来自ERA-Interim资料、JRA-55资料、CanESM5模式和CESM2-WACCM模式历史模拟结果3.3.2BD环流的变化趋势图3.3直观的给出了垂直方向各个高度BD环流转向纬度随高度的变化趋势。在历史时段，再分析资料的宽度趋势存在很大不确定性，两资料的结果没有一致的特征。CanESM5模式自然强迫的试验结果在各个高度层趋势接近于零，而历史模拟和温室气体强迫的试验显示出一致的低层变窄，高层变宽的趋势，这种趋势在南北半球均有体现。CESM2-WACCM模式历史模拟的结果，显示出统计上不显著的低层变宽、高层变窄的趋势。对比不同强迫的CanESM5历史模拟结果可见，仅有自然变率的模式结果中宽度的变化趋势不明显，温室气体排放造成了模式模拟中BD环流的低层变窄高层变宽，这种趋势接近历史模拟结果中的宽度趋势，表明温室气体排放在历史时段中BD环流的宽度的变化中起着重要作用。在未来时段，RCP2.6情景下的宽度趋势接近于零，其他三种情景下，CESM2-WACCM模式结果仍然显示出低层变窄宽、高层变宽的趋势，而CanESM5模式在低层和高层均显示出变窄趋势，70hPa平流层BD环流上升支的变窄趋势在两个模式各试验结果中均最强。热带上升质量通量通常被用作衡量平流层BD环流强度的指标，对它的计算为某个高度的热带范围内向上的物质通量之和，一般?
兰州大学博士研究生学位论文平流层经向环流变化与对流层天气气候变化的相互影响和联系31时段BD环流的增强中起着重要作用。对比过去和未来的BD环流强度的趋势可见，未来BD环流的增强趋势明显强于历史时段的增强。对比固定范围和变化范围的上升支强度可见，尽管BD环流上升支范围有变窄的趋势，但根据变化的转向纬度计算的向上物质通量的增加趋势大于固定范围的结果。图3.4（上）1979–2014年和（下）2015–2100年平流层BD环流上升支质量通量趋势随高度的分布，由左至右分别为在固定范围内（30S-30N）积分的结果和在变化的转向纬度范围内积分的结果。图中各线条的含义同图3.3。*表示趋势通过95%显著性的学生t检验图3.5给出了南北半球各个高度向下质量通量的趋势，可见随着上升支的增强，南北半球中高纬度向下质量通量也均有增强趋势，在低平流层增强趋势最大。对比南北半球的结果可见，在历史时段，北半球下沉支的增强大于南半球下沉支的增强。在未来时段，CESM2-WACCM模式同样显示出北半球下沉增强大于南半球的增强，而CanESM5模式的模拟结果中北半球低层的下沉支增强较弱。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Widening and weakening of the Hadley circulation under global warming[J]. Yongyun Hu,Han Huang,Chen Zhou. Science Bulletin. 2018(10)
[2]平流层大气动力学及其与对流层大气相互作用的研究:进展与问题[J]. 黄荣辉,陈文,魏科,王林,皇甫静亮. 大气科学. 2018(03)
[3]1997年和2011年春季北极臭氧损耗事件的对比分析[J]. 索春男,田文寿,谢飞,雒佳丽,张健恺. 气象学报. 2017(03)
[4]热带平流层准两年振荡对热带对流层顶和深对流活动的影响[J]. 刘玮,田文寿,舒建川,张健恺,胡定珠. 地球科学进展. 2015(06)
[5]平流层臭氧变化对对流层气候影响的研究进展[J]. 张健恺,刘玮,韩元元,王飞洋,谢飞,田红瑛. 干旱气象. 2014(05)
[6]平流层-对流层相互作用研究进展:等熵位涡理论的应用及青藏高原影响[J]. 任荣彩,吴国雄,CAI Ming,孙舒悦,刘新,李伟平. 气象学报. 2014(05)
[7]Role of Ferrel cell in daily variability of Northern Hemisphere Annular Mode[J]. Xiao-Feng Li,Jianping Li,Xiangdong Zhang,Cheng Sun. Chinese Science Bulletin. 2014(27)
[8]梅雨发生前对流层顶及平流层异常信号的分析[J]. 雒佳丽,田文寿,张培群,胡俊,谢飞. 气象学报. 2012(04)
[9]热带平流层与对流层之间相互作用的研究进展[J]. 田文寿,田红瑛,商林,辛玉姣. 热带气象学报. 2011(05)
[10]Decadal northward shift of the Meiyu belt and the possible cause[J]. SI Dong1,2, DING YiHui2 & LIU YanJu2 1 College of Atmospheric Science, Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing 210044, China; 2 National Climate Center, Beijing 100081, China. Chinese Science Bulletin. 2009(24)
本文编号：3500849
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：117 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
979年-2015年平流层BD环流速度气候态分布，从上至下分别为年平均、DJF季节平均和JJA季节平均
兰州大学博士研究生学位论文平流层经向环流变化与对流层天气气候变化的相互影响和联系29BD环流速度随高度的分布（图3.1e–l）可见，随高度升高，上升支向夏季半球的移动变得更加明显。CanESM5模式中BD环流在高层模拟的不足也更加明显，再分析资料的结果显示，中上平流层的BD环流上升区域几乎覆盖了整个夏季半球，CanESM5模式中上升区域明显偏窄。图3.21979-2014年气候平均平流层70hPaBD环流垂直速度的季节变化。从左至右分别来自ERA-Interim资料、JRA-55资料、CanESM5模式和CESM2-WACCM模式历史模拟结果3.3.2BD环流的变化趋势图3.3直观的给出了垂直方向各个高度BD环流转向纬度随高度的变化趋势。在历史时段，再分析资料的宽度趋势存在很大不确定性，两资料的结果没有一致的特征。CanESM5模式自然强迫的试验结果在各个高度层趋势接近于零，而历史模拟和温室气体强迫的试验显示出一致的低层变窄，高层变宽的趋势，这种趋势在南北半球均有体现。CESM2-WACCM模式历史模拟的结果，显示出统计上不显著的低层变宽、高层变窄的趋势。对比不同强迫的CanESM5历史模拟结果可见，仅有自然变率的模式结果中宽度的变化趋势不明显，温室气体排放造成了模式模拟中BD环流的低层变窄高层变宽，这种趋势接近历史模拟结果中的宽度趋势，表明温室气体排放在历史时段中BD环流的宽度的变化中起着重要作用。在未来时段，RCP2.6情景下的宽度趋势接近于零，其他三种情景下，CESM2-WACCM模式结果仍然显示出低层变窄宽、高层变宽的趋势，而CanESM5模式在低层和高层均显示出变窄趋势，70hPa平流层BD环流上升支的变窄趋势在两个模式各试验结果中均最强。热带上升质量通量通常被用作衡量平流层BD环流强度的指标，对它的计算为某个高度的热带范围内向上的物质通量之和，一般?
兰州大学博士研究生学位论文平流层经向环流变化与对流层天气气候变化的相互影响和联系31时段BD环流的增强中起着重要作用。对比过去和未来的BD环流强度的趋势可见，未来BD环流的增强趋势明显强于历史时段的增强。对比固定范围和变化范围的上升支强度可见，尽管BD环流上升支范围有变窄的趋势，但根据变化的转向纬度计算的向上物质通量的增加趋势大于固定范围的结果。图3.4（上）1979–2014年和（下）2015–2100年平流层BD环流上升支质量通量趋势随高度的分布，由左至右分别为在固定范围内（30S-30N）积分的结果和在变化的转向纬度范围内积分的结果。图中各线条的含义同图3.3。*表示趋势通过95%显著性的学生t检验图3.5给出了南北半球各个高度向下质量通量的趋势，可见随着上升支的增强，南北半球中高纬度向下质量通量也均有增强趋势，在低平流层增强趋势最大。对比南北半球的结果可见，在历史时段，北半球下沉支的增强大于南半球下沉支的增强。在未来时段，CESM2-WACCM模式同样显示出北半球下沉增强大于南半球的增强，而CanESM5模式的模拟结果中北半球低层的下沉支增强较弱。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Widening and weakening of the Hadley circulation under global warming[J]. Yongyun Hu,Han Huang,Chen Zhou. Science Bulletin. 2018(10)
[2]平流层大气动力学及其与对流层大气相互作用的研究:进展与问题[J]. 黄荣辉,陈文,魏科,王林,皇甫静亮. 大气科学. 2018(03)
[3]1997年和2011年春季北极臭氧损耗事件的对比分析[J]. 索春男,田文寿,谢飞,雒佳丽,张健恺. 气象学报. 2017(03)
[4]热带平流层准两年振荡对热带对流层顶和深对流活动的影响[J]. 刘玮,田文寿,舒建川,张健恺,胡定珠. 地球科学进展. 2015(06)
[5]平流层臭氧变化对对流层气候影响的研究进展[J]. 张健恺,刘玮,韩元元,王飞洋,谢飞,田红瑛. 干旱气象. 2014(05)
[6]平流层-对流层相互作用研究进展:等熵位涡理论的应用及青藏高原影响[J]. 任荣彩,吴国雄,CAI Ming,孙舒悦,刘新,李伟平. 气象学报. 2014(05)
[7]Role of Ferrel cell in daily variability of Northern Hemisphere Annular Mode[J]. Xiao-Feng Li,Jianping Li,Xiangdong Zhang,Cheng Sun. Chinese Science Bulletin. 2014(27)
[8]梅雨发生前对流层顶及平流层异常信号的分析[J]. 雒佳丽,田文寿,张培群,胡俊,谢飞. 气象学报. 2012(04)
[9]热带平流层与对流层之间相互作用的研究进展[J]. 田文寿,田红瑛,商林,辛玉姣. 热带气象学报. 2011(05)
[10]Decadal northward shift of the Meiyu belt and the possible cause[J]. SI Dong1,2, DING YiHui2 & LIU YanJu2 1 College of Atmospheric Science, Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing 210044, China; 2 National Climate Center, Beijing 100081, China. Chinese Science Bulletin. 2009(24)
本文编号：3500849
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