论文总字数：14614字

目 录

1引言 1

1.1研究目的与意义 1

1.2 PDO与PDO指数简介 1

1.3 PDO可能机制 1

1.4 PDO对中国及全球气候的影响 3

2资料与方法 3

2.1资料 3

2.2方法 5

2.2.1年代际分解方法 5

2.2.2 经验正交分解方法 6

3结果分析 6

3.1 全球海表面温度年代际分解 6

3.2 PDO振幅变化 8

4.结论 13

5.讨论 13

参考文献 13

致谢 15

工业革命以来北太平洋年代际振荡振幅变化

徐川

，China

Abstract：A methodology is proposed that allows an estimate of the contribution of decadal noise to the interdecadal variability of climate variables. By removing this decadal noise, or unpredictable decadal variability, from the total inter-decadal variability, the residual variability is more likely to be associated with potentially predictable slow processes. This residual variability may be considered to be potentially predictable . In this paper, the oceanic surface temperature of the North Pacific region is mainly decomposed, and then the empirical orthogonal decomposition is carried out. The first mode is the trend mode, and the second main mode is the main mode of the interdecadal variation of the North Pacific. PDO affects the climate in Asia and the northern hemisphere and modulates the emergence and development of ENSO. Therefore, it is very important to study the effect of global warming on PDO. Due to the limited length of the observation data, this paper uses picontrol, historical, rcp26, rcp45, rcp60, rcp85 six groups of data to analyze the interdecadal oscillation of the North Pacific. The study found that with the global warming, the North Pacific interdecadal change (PDO) amplitude has decreased.

Key words： decadent decomposition method；PDO；amplitude reduced

1引言

1.1研究目的与意义

气候系统是一个具有高复杂性的非线性系统，其可预报性是固有属性。近二三十来，气候的年代际变化已引起科学家的关注, 并在国际重大科学研究计划—气候变化及其可预报性研究中成为比较重要研究内容之一。年代际气候变化是十分重要的，但不同于年际时间尺度的气候变化,通常指时间跨度为十几年到几十年的气候变化^[1]。研究表明，海洋作为气候系统的一个重要组成部分，气候系统的年代际可预报性与海洋紧密相关。海表面温度（SST）又是衡量海洋状态的重要指标。因此研究全球海表面温度的年代际变化具有重要意义，为预测未来的气候特征提供可靠依据。过去的二三十年，科学家越来越关注气候的年代际变化，研究年代际变化是如何影响大气和海洋系统的，尤其是如何影响局部区域的降水和温度变化。北太平洋地处亚洲大陆与北美大陆中间，北太平洋年代际振荡（PDO）影响着亚洲和北美气候，影响海边的生态环境与渔业经济，所以研究全球变化对PDO的影响与机制不仅有科学意义，而且对社会也有重要意义^[2]。

本文根据Zheng 和Frederiksen ^[3][4]提出的年代际分解方法可以将PDO这种年代际信号中的年际信号（如ENSO）去除，使得剩余部分与气候系统慢过程联系更加紧密，剩余部分为可预报部分，而参杂在年代际信号中的年际信号，为年代际信号中的不可预报部分。此方法既可以做全球尺度的海表面温度分解，也可以做局部区域海表面温度分解。本文将此方法应用于太平洋区域，提取PDO信号中的年代际可预报信号，并分析全球变暖对PDO年代际信号振幅的影响。

1.2 PDO与PDO指数简介

1976年与1977年的北太平洋气候突变事件，使得不少学者对北太平洋年代际气候变率产生广泛关注。20世纪90年代以来，许多科学家详细描述了北太平洋年代际变化的现象，变化规律。研究结果表明，PDO与北太平洋，北美气候变化有着紧密联系。北太平洋海表面温度变化对中国降水有着同样重要影响^[2]。

对北纬20度以北地区的太平洋海表面温度处理成异常场，然后进行经验正交函数分解。所得到的第一空间模态为PDO模态，相对应的时间系数为PDO指数。研究发现，当PDO处于暖位相时，北太平洋的中部会比平时冷，热带东太平洋和北美沿岸会异常偏暖；当PDO为冷位相时，与之相反。Minobe^[5]在1999年出PDO存在多尺度变化，主要有两个时间周期，有7~10年的周期，也有20到25年周期。但由于观测资料有限，对PDO的机理研究需要更长的PDO指数时间序列。因此各种模式资料也被许多科学家运用来研究PDO机理及对全球气候变化的影响。PDO机制研究还不成熟，不同学者从不同方面研究了PDO的形成机制。一般认为导致北太平洋年代际变化的因素有两种，一种是气候外部强迫，另外一种是气候系统的内部作用。气候外部强迫主要考虑的是太阳辐射变化，气候系统内部因素主要有5种：大气随机强迫、大气遥相关、中纬度距地海气相互作用、热带与中纬度相互作用、海洋非线性过程^{[2 ]}。

1.3 PDO可能机制

由于PDO研究机制目前还不够完善，各国学者通过各种角度来研究PDO形成机制，已期能够进一步完善PDO的形成机制。会产生PDO的因素具体分为气候外强迫，以及气候系统内部因素。

对于PDO产生的气候系统内部因素主要的形成机制有5类，并且这5类机制相互影响，相互作用共同起作用。不同模式下起主要作用的PDO形成机制可能不同

第一类为大气随机强迫，这是由于海洋的低频变化可由中纬度海洋对大气的随机强迫响应产生。Hasselmann^[6]在1976年提出气候变化随机模式，红噪声即缓慢变化的气候是指，对连续的白噪声即高频天气尺度扰动的积分响应。随机气候模式上产生随机平流共振理论，可用其解释海洋年代际变化，大气白噪声强迫若在中纬度的海洋Rossby波动传播方向或着海流方向上符号发生改变，就可能会激发PDO。

第二类为大气遥相关，指北太平洋以外的强迫或者年代际变化通过大气遥相关进而影响北太平洋，进而产生PDO。Bjerkness^[7]在1966年提出，热带地区年代际变化可能和高纬度Rossby波的缓慢传播有关，并可以通过大气遥相关影响北太平洋。PDO可能与大西洋多年代际变化(Atlantic Multidecadal Oscillation，AMO)和北极涛动(Arctic Oscillation，AO)有关。由于PDO超前(滞后) AMO13 (17)年时，并且AMO和PDO的准60年周期年代际振荡同属于一个60年振荡，因此PDO所具有的准60年周期振荡极可能是AMO在北太平洋的年代际信号。

第三类为中纬度局地海气相互作用，这主要是指在中纬度存在的局地海气相互作用有可能产生年代际的变化，并且不需要热带或者其他地区影响。Namias^[8]等人在1978年提出在热带地区由于年代际变化的信号较弱，并需要通过大气遥相关进而影响北太平洋，因此在北太平洋地区产生的年代际信号较弱。中纬度地区海气相互作用涉及到了大气对海洋的强迫作用和海洋对大气的反馈，北太平洋温跃层调整的时间决定振荡周期，振荡是自维持还是呈指数衰减是由海洋与大气之间反馈强度决定。中纬度地区季节以上时间尺度不稳定的海气相互作用机制最早理解为，北太平洋异常的SST能够引发大气瞬变波的活动异常，背景西风会由于大气瞬变波的活动异常引起变化，并且西风变化对最初的SST异常能够起到加强作用。

第四类为热带与中纬度的相互作用。这是指热带地区与中纬度地区之间通过海气遥相关相互作用可以产生PDO，因此Gu和Philander^[9]提在1997年出假设，当热带SST异常升高，通过大气遥相关所引起北太平洋SST降低，并通过潜沉进入温跃层，进而经背景流，并最终到达热带地区，再通过赤道上升流从而影响海洋表面，使SST降低。其他结果显示：副热带环流上空的风应力异常是由来自热带遥相关能引发，而风应力的异常可以引起副热带环流系统异常，因此中纬度潜沉水可以通过温跃层的环流进入热带地区使得通量速度发生变化，进而引起年代际变化。Lysne^[10]等在1997年提出，热带遥相关可以导致中纬度地区的温跃层振荡，并且激发Rossby波，Rossby波向西传到边界后激发沿岸Kelvin波并向赤道地区传播，从而影响到热带地区。

第五类为海洋非线性过程。可以将这一过程认为在西边界流内部的海流多平衡态或者非线性变率可能产生年代际变化。De Verdiere和Huck^[11]在1999年对于模式模拟的研究表明，海洋涡旋的活动在黑潮延伸体的惯性回流区年代际变化中起着关键性作用。海流多平衡态之间的变化也可产生年代际变化。黑潮延伸体是影响中纬度地区大气的关键海域，如果和涡旋有关的非线性过程真的能影响SST的年代际变化，可应用有涡旋的高分辨率得耦合模式来研究，引起SST变化幅度是否能引起大气环流变化。

1.4 PDO对中国及全球气候的影响

中国气候异常明显与太平洋年代际变化有显著关系。1977年北太平洋气候发生跃迁后，中国汛期降水在华北地区偏少，东北地区偏多，华南偏少，长江流域偏多而气候跃迁相反。原因在于气候变化后，热带中东太平洋海温上升，出现了类ENSO型分别的年代际海温距平，这样导致大气环流产生了变化^[2]。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：14614字

相关图片展示：