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本工作利用完全海气耦合模式，通过一系列敏感性试验，定量研究了气候变化的平衡响应时间尺度和恢复时间尺度。总体而言，除了极地海域以外，海洋的响应时间尺度随深度近似单调增加。海洋上层1千米海水的响应时间尺度约为200年，越往下响应时间尺度越长，3千米海水的响应时间尺度增加到1500年。1.5千米到2千米处时间尺度随深度变化很快，我们把这一层叫做“时间跃层”，类似于海洋中的永久温跃层。时间跃层上下对应的主要物理过程是不同的。海洋的平衡响应时间还随着纬度、海盆以及辐射强迫的符号不同而不同。大西洋与太平洋时间尺度的差别主要应归因于大西洋热盐环流，全球气温上升(下降)时热盐环流会加速(减慢)大西洋上层海洋的响应速度，减小(增大)大西洋下层的时间尺度。海洋上层对增暖的响应时间尺度略快于对变冷的响应，中下层海洋正好相反。这与海洋垂直稳定度、混合层深度和热盐环流的变化密切相关。
本论文还研究了大气中二氧化碳浓度按照不同情景变化并恢复时，气候系统的可恢复性问题。发现气候系统并不能完全随二氧化碳的恢复而恢复。地面温度、大气总降水量以及海洋副热带环流和北大西洋热盐环流对应的恢复时间尺度都为几十年到一百年。海洋动力过程把混合层和深层海洋联系起来，完成能量和物质的交换，一方面能够减缓气候的响应和恢复过程，另一方面能够减小气候敏感性的大小，并且还可以导致气候恢复过程中全球水循环的一些非线性效应。不同的二氧化碳排放和恢复情景，海洋恢复时间尺度很不一样，一般说来，上层海洋温度的恢复时间尺度随着碳排放增加而增加，但是海洋层结稳定度的变化可能使得深层海洋的恢复时间尺度随二氧化碳浓度增加而减小。