發(fā)布時(shí)間：2020-10-29 21:43

　　 太陽活動(dòng)是氣候系統(tǒng)最重要的外強(qiáng)迫因子之一。然而,迄今為止,準(zhǔn)11年周期太陽活動(dòng)在北半球冬季年代際尺度氣候變率中的作用仍不確定,亟待進(jìn)一步深入探討。因此,本文采用多源觀測(cè)和再分析資料,利用多元線性回歸等方法研究了準(zhǔn)11年周期太陽活動(dòng)對(duì)北半球尤其是北大西洋-歐亞地區(qū)冬季大氣環(huán)流和地表氣候的影響及可能機(jī)理。本文還利用7個(gè)CMIP5模式歷史實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,評(píng)估了模式對(duì)觀測(cè)資料所揭示的冬季地表氣候中太陽活動(dòng)影響信號(hào)的模擬能力。得到的主要結(jié)論如下:(1)在1959-2012年的冬季(12-2月),太陽活動(dòng)的增強(qiáng)傾向于使歐亞中高緯地表氣溫顯著升高。相應(yīng)地,北半球海平面氣壓(SLP)的響應(yīng)空間型類似于北大西洋濤動(dòng)(NAO)的正位相。但太陽活動(dòng)影響信號(hào)的環(huán)流中心比NAO的活動(dòng)中心偏東,因此該環(huán)流異常對(duì)歐亞地表氣溫產(chǎn)生了重要影響。滯后響應(yīng)分析表明,類似的環(huán)流和溫度異常同樣出現(xiàn)在太陽活動(dòng)峰值之后1-3年,其中在滯后太陽活動(dòng)約1-2年時(shí)達(dá)到最強(qiáng)。地表太陽活動(dòng)影響信號(hào)主要來自于平流層環(huán)流異常的下傳。秋末冬初由太陽UV輻射增強(qiáng)引起的平流層經(jīng)向非均勻增暖導(dǎo)致了副熱帶平流層頂緯向平均緯向風(fēng)的顯著加強(qiáng)。緯向風(fēng)異常進(jìn)而通過波流相互作用逐漸向下傳播到對(duì)流層,最終導(dǎo)致冬季出現(xiàn)類似NAO型的環(huán)流異常。此外,太陽活動(dòng)所引起的環(huán)流異常對(duì)地表氣溫的影響是非均勻的,它改變了歐亞陸地與周邊海域之間的熱力差異,而海陸熱力差異的變化對(duì)環(huán)流異常起到了正反饋?zhàn)饔?進(jìn)而增強(qiáng)了大氣環(huán)流中的太陽活動(dòng)影響信號(hào)。(2)太陽活動(dòng)同樣對(duì)歐亞冬季極端氣溫的變率具有重要影響,但極端氣溫和季節(jié)平均氣溫的響應(yīng)在空間型和機(jī)理上存在差異。太陽活動(dòng)的增強(qiáng)使東歐-西伯利亞地區(qū)極端低溫(高溫)頻率的顯著減少(增加),這主要是由平均氣溫升高所引起的溫度概率密度分布整體移動(dòng)造成的。盡管東亞地區(qū)冬季平均氣溫對(duì)太陽活動(dòng)響應(yīng)很弱,但太陽活動(dòng)的增強(qiáng)可導(dǎo)致東亞冬季極端高低溫頻率之和顯著減少。東亞極端氣溫的響應(yīng)主要是由溫度季節(jié)內(nèi)均方差的減弱所引起的冬季溫度概率密度分布形態(tài)的變化造成的。一方面,太陽活動(dòng)所導(dǎo)致的歐亞非均勻增暖使得東亞經(jīng)向溫度梯度下降;另一方面,太陽活動(dòng)的增強(qiáng)也引起了東亞地區(qū)大氣瞬變波活動(dòng)減弱。在二者共同作用下,東亞冬季氣溫的季節(jié)內(nèi)變率顯著減小,不利于極端氣溫事件的發(fā)生。(3)分析了北大西洋-歐洲地區(qū)太陽活動(dòng)與冬季大氣環(huán)流之間聯(lián)系隨時(shí)間變化的特征及其原因。較長時(shí)間序列的觀測(cè)資料揭示出了與近幾十年截然不同的太陽活動(dòng)影響信號(hào):類似NAO型的顯著環(huán)流響應(yīng)并未出現(xiàn)在太陽活動(dòng)峰值年,而是出現(xiàn)在太陽活動(dòng)峰值之后約3年,顯著信號(hào)主要存在于亞速爾高壓區(qū)(NAO的南部中心)。44年滑動(dòng)的超前/滯后多元線性回歸分析表明,冬季亞速爾高壓對(duì)太陽活動(dòng)的滯后響應(yīng)較為穩(wěn)定,在絕大多數(shù)時(shí)間段內(nèi)均有體現(xiàn),但顯著信號(hào)傾向于出現(xiàn)在太陽活動(dòng)周期幅度較大的時(shí)間段。分月份分析表明冬季亞速爾高壓的穩(wěn)定滯后響應(yīng)主要體現(xiàn)在初冬月份(即12月和1月),它反應(yīng)的是上一個(gè)冬季存儲(chǔ)在海洋中的太陽活動(dòng)影響信號(hào)對(duì)大氣的反饋。而2月份的太陽活動(dòng)影響信號(hào)隨時(shí)間變化較大,表現(xiàn)為同期和滯后響應(yīng)的交替出現(xiàn),其中近幾十年太陽活動(dòng)與冬季NAO的顯著同期相關(guān)主要是受2月份環(huán)流的同期響應(yīng)所主導(dǎo)。進(jìn)一步分析表明,2月份太陽活動(dòng)影響信號(hào)的變化可能受到NAO多年代際尺度背景的調(diào)制。(4)7個(gè)CMIP5模式的集合平均在一定程度上重現(xiàn)了亞速爾高壓的滯后響應(yīng)特征,盡管強(qiáng)度弱于觀測(cè)。然而,觀測(cè)中SLP響應(yīng)的季節(jié)內(nèi)變化未能被再現(xiàn)。模式的集合平均較好地重現(xiàn)了近幾十年來(1959-2005年)太陽活動(dòng)峰值年時(shí)類似于NAO正位相的環(huán)流異常,以及歐亞中高緯的顯著增暖;這種環(huán)流和溫度響應(yīng)在太陽活動(dòng)峰值年后仍然存在,且在滯后太陽活動(dòng)約2年時(shí)達(dá)到最強(qiáng)。但模式未能再現(xiàn)太陽活動(dòng)影響信號(hào)的不穩(wěn)定特征。此外,模式中的臭氧強(qiáng)迫方式對(duì)太陽活動(dòng)影響信號(hào)的模擬有著不可忽略的影響:采用觀測(cè)臭氧變化強(qiáng)迫的模式未能模擬出類-NAO型的滯后響應(yīng);而耦合了化學(xué)模塊的模式(臭氧自由演算)則較好地重現(xiàn)了類-NAO型的滯后響應(yīng)。
【學(xué)位單位】：南京信息工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：P434;P423
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 引言
    1.2 太陽活動(dòng)的氣候效應(yīng)研究
    1.3 存在問題和本文研究內(nèi)容
    1.4 論文章節(jié)安排
第二章 資料和方法
    2.1 資料
    2.2 方法
第三章 太陽活動(dòng)對(duì)歐亞冬季大氣環(huán)流和平均氣溫的影響
    3.1 引言
    3.2 資料方法簡(jiǎn)介
    3.3 歐亞冬季地表太陽活動(dòng)影響信號(hào)
    3.4 對(duì)流層中上層的太陽活動(dòng)影響信號(hào)
    3.5 可能機(jī)制
    3.6 本章小結(jié)和討論
第四章 太陽活動(dòng)對(duì)歐亞冬季極端氣溫的影響
    4.1 引言
    4.2 資料方法簡(jiǎn)介
    4.3 太陽活動(dòng)對(duì)歐亞冬季極端氣溫的影響
    4.4 均值和概率密度分布形態(tài)對(duì)極端氣溫響應(yīng)的貢獻(xiàn)
    4.5 太陽活動(dòng)影響東亞冬季溫度均方差的可能物理機(jī)制
    4.6 本章小結(jié)與討論
第五章 太陽活動(dòng)與大西洋-歐亞地區(qū)大氣環(huán)流聯(lián)系的不穩(wěn)定特征及其成因
    5.1 引言
    5.2 資料方法簡(jiǎn)介
    5.3 1851-2016年冬季北大西洋-歐洲地區(qū)的太陽活動(dòng)影響信號(hào)
    5.4 太陽活動(dòng)影響信號(hào)隨時(shí)間的變化
    5.5 近幾十年冬季同期環(huán)流響應(yīng)可能成因的討論
    5.6 本章小結(jié)
第六章 CMIP5模式對(duì)歐亞冬季大氣環(huán)流中太陽活動(dòng)影響信號(hào)的模擬能力評(píng)估
    6.1 引言
    6.2 資料方法
    6.3 多模式集合平均的太陽活動(dòng)影響信號(hào)
    6.4 耦合化學(xué)模塊對(duì)地表太陽活動(dòng)影響信號(hào)模擬的影響
    6.5 本章小結(jié)
第七章 總結(jié)與展望
    7.1 本文主要結(jié)論
    7.2 本文的可能創(chuàng)新點(diǎn)
    7.3 不足與展望
參考文獻(xiàn)
在讀期間科研情況
    1. 發(fā)表論文情況
    2. 參加項(xiàng)目和會(huì)議情況
致謝

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本文編號(hào)：2861497