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ElNi(n)o-Southern Oscillation(ENSO)是通过热带太平洋海—气相互作用来实现的,也是目前全球气候系统中最显著的年际变化信号之一。大量研究指出,ENSO现象在过去相当长一段地质历史时期内存在,而且其强度、周期等基本特征也是处在不断的变化过程之中。一方面,ENSO的变化与气候平均态之间存在密切的联系;另一方面,二者又会同时受到各种外强迫的影响,例如地球轨道参数或者来自热带太平洋外其它地区的强迫等。针对上述问题,本文利用耦合气候系统模式IPSL_CM4和FGOALS_g1.1进行了各种敏感性数值试验,对热带太平洋平均态和ENSO对地球轨道参数和大西洋以及印度洋遥强迫的响应进行分析和研究。本文主要结论如下:
1)本文首先评估了耦合模式对热带太平洋基本气候态和ENSO的模拟,耦合模式IPSL_CM4和FGOALS_g1.1的区域耦合版本能够较好地模拟出热带太平洋SST和风应力的大尺度分布特征以及西太平洋SST的半年循环特征。IPSL_CM4可以较好地模拟出ENSO的发展过程,但模式模拟的ENSO振幅偏强,暖异常过度西伸,且集中于赤道地区。FGOALS_g1.1的区域耦合版本模拟的热带太平洋地区的气候态和年际变化相比于全球耦合版本都有所改善,为讨论热带太平洋对其他区域异常信号的响应提供了一条途径。
2)早、中全新世时期地球轨道参数的变化使得赤道太平洋上年平均SST降低,并减弱其季节循环的振幅。年平均SST异常在赤道太平洋地区呈“U”形,即最大的降温出现在中太平洋,而海洋上层300m热含量在西太平洋增加,在东太平洋减弱。尽管轨道参数改变引起的太阳辐射强迫在东西方向是均匀的,SST季节变化的最大值出现在东太平洋,这是由于东太平洋云辐射强迫和海洋动力过程加强了由太阳辐射的季节变化引起的SST异常。太阳辐射强迫同样减弱了全新世时期ENSO的振幅,特别是早全新世时期的ENSO振幅。但是单独改变“地轴”倾斜度并不能影响ENSO特征,岁差对影响热带太平洋气候的贡献较大。ENSO振幅的减弱主要受到平均态季节变化的影响,早、中全新世时期,在ElNi(n)o发展初期,东太平洋温跃层抬升,抑制了ElNi(n)o发展中的下沉Kelvin波的强度。同时,SST和海洋上层300m热含量的东西梯度的减小也进一步抑制了ENSO暖事件的发展。
3)早全新世时期,淡水通量和剩余冰盖强迫都会导致赤道东太平洋SST变冷,但剩余冰盖试验中变化更显著。热带东太平洋北侧降水减少,南侧降水增多。剩余冰盖试验中,SST冷异常和东风异常延伸到热带西太平洋,而淡水通量试验中赤道西太平洋则为西风异常。这主要是由于剩余冰盖强迫的位置偏北,从而主要影响副热带西风急流的偏北支,而淡水通量强迫主要影响副热带西风急流的偏南支。SST季节循环在两个敏感性试验中变化一致,振幅减弱,夏季SST偏冷,冬季偏暖,这与热带大西洋上的降水异常密切相关。ENSO振幅特别是东太平洋型ElNi(n)o(EP-ElNi(n)o)振幅在9.5kawF试验中增强,可能是由于风-温跃层反馈过程较强造成的,但ENSO振幅在9.5kaIS试验中并没有显著的变化。
4)早、中全新世时期,太阳辐射强迫和北大西洋淡水通量强迫都抑制了东太平洋SST的季节循环,但是太阳辐射强迫同时抑制了SST的年际变化,而淡水通量强迫增强了SST的年际变化。太阳辐射强迫的变化对SST季节变化的影响大于淡水通量的影响。同时,两种强迫对SST季节变化的影响大于对其年际变化的影响,特别是在东太平洋区域。
5)在现代气候背景下,印度洋环流变化对ITF的年际变化具有显著影响,ITF年际变化进而通过赤道波动影响到热带太平洋的海气耦合系统。当IOD事件发生时,东印度洋海表高度降低,使印度尼西亚海两侧东西向的压力梯度增强,ITF输送增强,导致从西太平洋向东印度洋输送的暖水增多,从而使赤道太平洋上层热含量减少。数值试验说明海洋通道的动力过程在联系印度洋和太平洋气候的年际变化上具有重要作用。