印度洋海温偶极子型振荡和南半球高纬度气候异常之间的遥相关及动力机制解释
1999年，在热带印度洋发现了令人瞩目的大尺度海表面温度场年代际变化现象——印度洋海温偶极子型振荡(IOD，Indian Ocearl Dipole Mode events)，之后IOD成为被关注的焦点，研究结果表明它在全球气候和海洋系统的变化中起着积极活跃的作用。最近二十年以来，随着研究数据的丰富，在南半球中、高纬度发现了南极绕极波、南极振荡和南极偶极子等大尺度低频气候变化模态，对它们激发机制的探讨是当前国内外一个研究热点。在遥相关领域，前人研究大多集中在热带太平洋ENS0(E1 Nino-SOLlthern OSCillation)对这些气候异常的激发上；研究结果显示它们之间的遥相关呈现出时间和强度的不稳定，这种不稳定产生的原因是至今仍未被解决的问题。本文以此为研究背景，将IOD和南半球中、高纬度气候异常联系起来，探讨它们之间的遥相关和相应的动力机制，进一步探索南半球高纬度低频气候异常在热带海洋的激发源是本文的研究目的。
采用月平均的NCEP-NCAR再分析大气资料、英国大气科学数据中心海表面温度和海冰资料等，主要做了以下几方面的工作。首先，以海表面气压、海表面以及陆地表面的空气温度、地面经向风、对流层上、中、下层的位势高度等气候要素为例，采用偏相关和合成分析等研究方法，给出了IOD变化指数时间序列和南半球中高纬度气候异常之间的遥相关空间模态。其次，分别从大气行星波能量传播、大气经向环流异常的角度对遥相关空间模态给出了动力机制解释。另外，鉴于南大洋海冰是南极地区气候监测的最重要的因素之一，南大洋海冰低频变化及其和IOD之间的遥相关以及动力机制探讨是另一重点研究内容。
论文的基本结论如下：第一，南半球中、高纬度低频气候异常变化不但包含热带太平洋ENSO的信号而且还包含热带印度洋IOD信号；第二，IOD和南半球中、高纬度各个气候变量遥相关的空间模态呈现三个波数绕极分布。以200hPa对流层为例，遥相关最强的作用中心集中在阿蒙森海和别林斯高晋海北部(正相关)，威德尔海北部的南大洋海域(负相关)、罗斯海北部以及澳大利亚南部的南大洋海域(负相关)。另外三个作用中心分别位于南大洋的东南印度洋扇区(正相关)、大西洋扇区(正相关)和南极普里兹湾北部的南大洋印度洋扇区(负相关)。和对流层200hpa相比，地面和海表空气温度异常场的遥相关作用中心均出现向西的偏移(正相关极值中心从95°W偏移到了1200°W)，地面经向风异常场的遥相关作用中心均出现了向东的偏移(正相关极值中心从95°W偏移到了67.5°W)。遥相关的强度在北半球的秋季达到最强(9月、10月、11月)，在北半球的夏季(6月、7月、8月)强度稍弱一些，而在春季和冬季(1OD的强度很弱的季节)南半球中、高纬度地区没有出现三个波数绕极分布的IOD信号。在对流层的各层，遥相关模态呈现正压的变化。另外，超前滞后相关分析的结果表明在南半球中高纬度各个气候变量异常对于lOD变化遥响应的时间尺度在月的量级上。第三，有两种可能的动力机制存在于lOD和南半球中高纬度气候异常之间的遥相关。IOD的变化在南半球引起的大气行星波的能量传播是南大洋太平洋和大西洋扇区气候异常形成的一种可能的原因；IOD的变化引起了南半球经向大气环流的异常是南大洋印度洋扇区气候异常形成的主要原因。第四，IOD和南极地区海冰密集度异常的遥相关空间模态在IOD的鼎盛期表现为绕极的高低相间的分布，最明显的海冰密集度异常出现在德雷克海峡两侧海域和罗斯海海域。对于IOD和南极地区海冰密集度异常之间的动力机制，以IOD正位相为例，对德雷克海峡两侧海域和罗斯海海域海冰密集度异常给出以下的动力机制解释：IOD发生时，在南半球德雷克海峡两侧海域/罗斯海海域所在的经度带引起Hadley环流强度的异常减小/增加，伴随着该经度带上亚热带急流向赤道/向南极的移动，急流的变化引起了南半球中高纬度经向大气环流(Ferrel环流)的异常，经向大气环流的异常在对流层的中下层将携带向北/向南的经向热通量异常，经向热通量异常是导致这两个区域海冰密集度异常的直接原因。
印度洋;海温偶极子型振荡;南半球高纬度;气候异常;遥相关
中国海洋大学
博士
物理海洋学
张庆华
2006
中文
P724.8;P731.11
106
2007-08-07（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）