不同CO-,2-濃度情景下熱鹽環(huán)流的演變.pdf

1、本文以德國(guó) Max-Planck 氣象研究所的最新的大氣海洋環(huán)流模式(ECHAM5/MPI-OMl)為工具，對(duì)control run下熱鹽環(huán)流(THC)年代際變率的產(chǎn)生機(jī)制進(jìn)行了研究，分析了溫室氣體濃度增加情景下全球海洋變化的主要特征以及THC對(duì)溫室氣體濃度增加所引起的全球變暖情景的響應(yīng)。這些研究工作對(duì)未來(lái)氣候預(yù)測(cè)以及國(guó)際間的政策決策具有重要的意義。 本文采用CO<,2>濃度固定在一定量值的control run的數(shù)值試驗(yàn)，從海

2、氣耦合的角度對(duì)THC年代際振蕩機(jī)制以及格陵蘭一蘇格蘭海脊溢流水變化機(jī)制進(jìn)行了分析和探討，得出結(jié)論如下： 1．THC年際振蕩的主導(dǎo)周期是4年，年代際振蕩的主導(dǎo)周期是24年，THC的年代際振蕩信號(hào)最強(qiáng)，是第一主成分。THC的年代際振蕩機(jī)制：首先從MOC (theMeridional Overturning Circulation) 強(qiáng)度最小開始，由于MOC強(qiáng)度處于較弱狀態(tài)，從低緯度向高緯度輸送的熱量偏少，副極地海區(qū)海表溫度出現(xiàn)負(fù)異常

3、，持續(xù)5年之后，北大西洋副極地海區(qū)海表溫度達(dá)到最大負(fù)異常。此時(shí)副極地流環(huán)中心(北大西洋)的表層海水變冷，密度增加，海表面下降，產(chǎn)生從副極地流環(huán)邊緣指向副極地流環(huán)的中心的壓強(qiáng)梯度力，根據(jù)地轉(zhuǎn)平衡關(guān)系，北大西洋副極地海區(qū)的上層海洋會(huì)出現(xiàn)一個(gè)氣旋式的環(huán)流異常(副極地流環(huán)得到加強(qiáng))，北大西洋暖流(NAC)同時(shí)得到加強(qiáng)。在副極地海區(qū)海表溫度達(dá)到最大負(fù)異常的3年之后，副極地流環(huán)和NAC達(dá)到最強(qiáng)。由此，作為NAC延伸的法魯海峽入流水增強(qiáng)，更多的高鹽法

4、魯海峽入流水進(jìn)入格陵蘭一冰島一挪威海(GN)海域，使GIN海域?qū)咏Y(jié)穩(wěn)定性減弱。1年后，GIN海域深層對(duì)流增強(qiáng)，格陵蘭一蘇格蘭海脊溢流水增加。在GIN海域深層對(duì)流達(dá)到最強(qiáng)的3年之后，MOC強(qiáng)度達(dá)到最大。整個(gè)狀態(tài)翻轉(zhuǎn)過(guò)程完成，時(shí)間大約為12年，THC年代際振蕩的整個(gè)周期大約是24年。 2．在control run下格陵蘭一蘇格蘭海脊溢流水的變化機(jī)制：當(dāng)法魯海峽的高鹽入流水增強(qiáng)時(shí)，GIN海域表層密度增加，GIN海域?qū)咏Y(jié)穩(wěn)定性減弱，使深

5、層對(duì)流增強(qiáng)，GIN海域等密度線上翹，深層水密度增加，有效動(dòng)力高度和海脊兩側(cè)的密度差增加，斜壓效應(yīng)導(dǎo)致的溢流水強(qiáng)度增強(qiáng)。入流水的增加同時(shí)使整個(gè)GIN海域的氣旋式環(huán)流加強(qiáng)，正壓出流效應(yīng)也增強(qiáng)，因此影響溢流水強(qiáng)度的斜壓效應(yīng)和正壓效應(yīng)二者是統(tǒng)一的。由于溢流水的強(qiáng)度和溢流水的密度同步密切相關(guān)，尚難分辨溢流水的強(qiáng)度和溢流水的密度誰(shuí)是影響MOC強(qiáng)度的主導(dǎo)因子。 利用溫室氣體濃度增加情景下耦合模式(ECHM5/MPI-OM1)的輸出結(jié)果，分析T

6、HC對(duì)溫室氣體濃度增加所引起的全球變暖情景的響應(yīng)，重點(diǎn)研究了全球變暖情景下，北大西洋深層水(NADW)生成率的變化機(jī)制，格陵蘭-蘇格蘭海脊溢流水的演變機(jī)制及其和THC變化的關(guān)系，結(jié)論如下： 1． THC強(qiáng)度在所研究的B1，A1B，A2三種排放情景下均減弱，減弱量值分別到達(dá)20％，25％和25.1％。NADW的生成率在A1B情景的20世紀(jì)大約是16.2Sv，其中8.2Sv來(lái)自拉不拉多海深層對(duì)流，5.9Sv來(lái)自丹麥海峽和法魯海峽溢流

7、水，2.1Sv是丹麥海峽以南(SDSR)海域的深層水卷夾的結(jié)果。在A1B情景全球變暖的21世紀(jì)，NADW的生成率降低到12.9Sv，拉不拉多海貢獻(xiàn)5.2Sv，丹麥海峽和法魯海峽溢流水貢獻(xiàn)6.1Sv，SDSR海域的深層水卷夾貢獻(xiàn)1.6Sv。 2．在溫室氣體濃度升高全球變暖的情景下，極地和副極地海區(qū)由于高緯度降水的增加，將得到更多的淡水，海表鹽度降低；同時(shí)，由于全球變暖，北大西洋海表溫度(SST)升高，鹽度和溫度的共同作用導(dǎo)致北大西

8、洋副極地海區(qū)表層密度降低，使拉不拉多海和SDSR海域的垂直層結(jié)更加穩(wěn)定，垂直對(duì)流和深層卷夾減弱，這就是以上兩個(gè)海區(qū)NADW生成率在全球變暖情景下降低的原因。而在GIN海域，NADW生成率的變化同以上兩個(gè)海區(qū)是不同的，變化趨勢(shì)是升高的。在全球變暖的情況下，有更多的北大西洋表層水通過(guò)法魯海峽進(jìn)入GIN海域。法魯海峽入流的增加將把更多較咸的大西洋水帶到GIN海域，使GIN海域表層鹽度增加。雖然在全球變暖的背景下GIN海域的表層溫度是升高的，但

9、GIN海域溫度升高對(duì)密度的減小作用弱于鹽度升高對(duì)密度的增加作用，最終的結(jié)果是，在GIN海域深層對(duì)流發(fā)生區(qū)表層密度增加，表層密度的增加降低了垂直層結(jié)的穩(wěn)定性，導(dǎo)致GIN海域在全球變暖情況下深層對(duì)流加強(qiáng)，深層水生成率增加。 3．在A1B情景下，丹麥海峽和法魯海峽由斜壓效應(yīng)導(dǎo)致的溢流水強(qiáng)度明顯減弱。此時(shí)法魯海峽入流水明顯增加，整個(gè)GIN海域的氣旋式環(huán)流得到了加強(qiáng)，GIN海域的正壓出流效應(yīng)增強(qiáng)。在A1B情景下，法魯海峽溢流水的強(qiáng)度從3.