wdh_极地遥相关总结
2024-07-12 10:35:55 0 举报AI智能生成
南极气候遥相关思维导图
作者其他创作
大纲/内容
南极变率
南极环状模（Southern Annular Mode）
阿蒙森海低压（Amundsen Sea Low）
罗斯贝波 （Rossby wave trains）
南极绕极波（Antarctic Circumpolar Wave）
哈德利环流 （Hadley circulation）
副热带急流 （Subtropical jet）
波导 （Waveguide）
热风平衡 （Thermal wind balance）
沃克环流 （Walker circulation）
南太平洋汇合区 （South Pacific Convergence Zone）
人为强迫
IPO太平洋年代际涛动
AMO大西洋多年代际震荡
ENSO厄尔尼诺-南方涛动
相关因素
ENSO发生导致PSA模式
罗斯贝波示意
进一步在副热带对流层上层产生异常罗斯贝波波源
在新西兰东部异常低压，阿蒙森海高压异常(这与ASL相互作用），及南美洲和南大西洋低压中心
驻波动力驱动——罗斯贝波响应（以PSA模式为例）
副热带大气异常对流运动导致中层对流层产生异常非绝热加热，加快哈德利环流，并在下支流产生异常辐合流，扰动副热带急流。
触发驻波罗斯贝波模式
在拉尼娜的情况下，这种波列会向西移动，原理就是，波源的位置影响波列传播的位置，波源纬向方向的东西移动会导致波列终端的位置的纬向移动
ENSO影响副热带急流和哈德利环流（SAM的纬向对称和不对称响应）
纬向对称响应通过涡流-平流相互作用，导致对流层上层急流增强。
厄尔尼诺的热带太平洋加热
亚热带锋面急流(SFJ)
极地锋面急流(PFJ)
急流在南太平洋分裂
厄尔尼诺时SFJ加强，PFJ减弱；这种条件变化在热带-副热带之间的热风平衡和中纬度至高纬度涡驱动的平均径向流的平衡产生。
东太平洋厄尔尼诺相关的SST异常会强烈投射在SAM的结构变化上，因为这种异常的强度足够大。而中太平洋SST异常不能影响副热带急流，也就不能影响SAM.
罗斯贝波波源变化影响平均大气响应
厄尔尼诺有关的SST变率影响
急流
太平洋异常增温导致热带哈德利环流加强并导致副热带急流向赤道移动。
厄尔尼诺引起沃克环流调整导致赤道大西洋上空气团俯冲，导致哈德利环流松弛和扩张，副热带急流极移。
大气环流的强弱变化引起的相关结构变化
纬向不对称的哈德利环流响应导致Ferrel Cell和极地环流的不同响应（纬向不对称）；如厄尔尼诺时，南太副热带急流增强，极地急流减弱，而南大西洋反之，改变南太的大气阻塞和风暴分布，风暴向赤道移动。
瞬态涡流观察到ENSO信号，ENSO改变风暴轨迹，通过调整径向涡流热通量而影响Ferrel环流，Ferrel环流的异常区域则进一步通过调节径向热通量影响南极大陆表层气候。
涡旋介绍
ENSO调整大气涡流的通量影响Ferrel 环流
直接波列通道：波列形成打通了副热带向阿蒙森海和别林斯豪森海的通道，加深了阿蒙森海低压，推动了SAM的正相位。
其他通道：大西洋SST通过太平洋调制影响南半球高纬度地区。大西洋增温扰乱纬向沃克环流，中西太平洋对流层上层产生异常汇聚流，通过罗斯贝波触发类拉尼娜PSA模式，加深ASL。
大西洋的异常增温扰乱大气环流并加剧哈德利环流，在加强哈德利环流下降分支在副热带形成聚流，与强风作用，在副热带急流的南缘触发罗斯贝波源。而在南方春季，秋季和冬季，在反气旋的极向方向以急流反射罗斯贝波。
夏季由于副热带急流较弱，这种波列难以形成
马登-朱利安震荡
印度洋偶极子：驱动罗斯贝波，春季由纬向波3模式影响南极。（马登-朱利安震荡）
类似模式还有印度洋的SST异常
MJO示意图
驻波机制也会影响除太平洋以外的其他海洋盆地；
平均大气环流动力学——大气背景对流
ENSO-NOAA
外框
ENSO主导热带气候变率
在南半球冬季，春季和秋季，这些波列才能够向南传播。在这些季节，副热带急流的强度才足够强，并且位置适当。在南方夏季，相反，背景风的波反射会阻挡波列到达阿蒙森海的能力。
西南极和南极半岛加热，导致这些地区的海冰减少，但罗斯海的海冰增加。
热带大西洋SST异常导致ASL的加深。
大西洋SST异常引起的幅度小于太平洋，引起的年际尺度的气候异常幅度也小于太平洋，但在十年到多年代际尺度上就显著。
厄尔尼诺导致ASL减弱，别林斯豪森海形成阻塞高压。
ASL的加深与减弱
ASL减弱增加了水分的输入，因此进一步影响西南极雪积累。
ASL减弱加剧西南极极地深水绕极流，加速下层冰架融化，冰动力学大于积累，导致冰量损失。（显著季节性，南方春季海冰消退出现最大海冰异常）
受厄尔尼诺影响，西南极半岛SAT下降，东南极响相应上升；相对应海冰在阿蒙森海，别林斯豪森海和威德尔海会增加，罗斯海减少（南极海冰偶极子，这是ENSO影响海冰的主要模式）。
大西洋SST异常导致西南极和西南极半岛升温，海冰减少
海冰的变化
年际遥相关对南极的影响
年际间遥相关
负相位：1990-2015年IPO负相位，具有类似拉尼娜的罗斯贝波波列。
正相位：中心和东赤道太平洋SST海温比平均高0.5℃，与厄尔尼诺事件的的频率增加有关。通常20-30年。
太平洋年代际振荡(IPO)及其遥相关
IPO与ENSO的空间SST模式类似，但径向梯度更强，纬向不对称更明显。（大号的ENSO模式）
正相位：1970年后期AMO转为正相位；除了南方夏季，北大西洋上方SST正异常，也可以深化ASL负压异常。1979-2012期间，AMO对ASL贡献50%以上。
大西洋多年代际震荡及其遥相关，持续60-70年
厄尔尼诺期间可能会使北热带大西洋变暖，而负IPO则有利于北热带大西洋降温。
AMO正相位加剧了自1990年以来的负IPO.
流域间相互作用
AMO与IPO相互影响，大西洋变暖导致大气对流异常和沃克环流响应造成地表风异常，由“风-蒸发-SST效应”使得东太平洋变冷，由Bjerknes反馈进一步加负IPO。
多年代相关
整体上，IPO的负相位，加上AMO的正相位可以共同强化ASL的加深，并进一步对广泛的南极其后产生影响。
东南极温度：1970年后，东南极气温变化较小，但降低的趋势是显著的。SAM的正相位可能是主要驱动。
表层气温
ASL相关的离岸风通过寒冷空气平流和冰漂流侧近罗斯海海冰生成。
南极半岛向岸风融化和压缩阿蒙森海和别林斯豪森海海冰；ASL的季节性变化对海冰再分配有强烈的影响。
嵌入IPO和AMO的变率影响SAM和ASL可以解释这种增长和区域差异。
整体海冰趋势:1970-2015年南极海冰总冰量略有上升，趋势与全球变暖趋势相反，与同期北极海冰显著减少相反。存在强烈区域增减差异，阿蒙森海和别林斯豪森海下降，威德尔海和西罗斯海增长。
风强迫作用：2014-2016年IPO转正相位，导致的风异常
1）纬向波3模态：创纪录负印度洋偶极子的远程强迫；2）2016年SAM指数创纪录负值；3）增强的海洋垂直热传输；4）莫得隆起间冰期再次出现（与南大洋内部多年代际变率有关））
海冰悖论的形成
多种潜在机制共同导致了海冰的突然变化
海冰
叠加中的短期变率1：2014-2015年IPO正向趋势，2015年SAM负相位，南大洋异常北风趋势增强，暖空气平流向南极，南大洋上层400m开始异常变暖。
短期变率2：2016年以前，南极绕极流南部表层水大部分冷却。而极地深水在变暖，与别林斯豪森海夏季大气温度 升高造成的表面海温上升有关。CDW正经历长期变暖，部分原因与海冰和冰川融化导致表层海水稀释，增大温盐循环，造成持续增温。
SAM正相位驱动的Ekman抽吸增强，部分受到AMO正相位强迫。
人为强迫（温室气体排放）
增温和海洋热储量:1950年以来，南大洋表层2000m变暖趋势。
ASL加深：导致罗斯海南风和西风增强，将冰量向开阔大洋输移，造成海水稀释。
低纬度次表层南大洋变暖，南极离岸风增强，海冰分布更广，淡水融化通量增加，蒸发量增加的降水进一步稀释盐度。
盐度下降趋势
南大洋变化
主要与冰架下加速融化和变薄有关：阿蒙森海湾大陆架CDW的周期性侵入，20世纪西风趋势建增，持续入侵增加（与大西洋年代际变率驱动的ASL异常大气环流有关）
冰盖动力学及稳定性的破坏和SAT的增加也是加剧损失的原因
过去25年南极冰盖质量损失正在加速：西南极和南极半岛的冰量损失占主导地位（最大损失在阿蒙森海湾Pine Island Glacier和Thwaites Glacier冰川）；
可能与热带—极地遥相关驱动的大气和海洋环流变化有关。
东南极冰盖：质量损失并不明显，甚至略有增加。
陆冰
目前在多种中纬度遥相关影响下的南极气候趋势
垂直大样热量和盐度交换：南大洋表层水和深层水的垂直盐度和热传输的增强（与南极海冰再分配有关）；
翻转环流：盐度稠密的陆架水沉入南大洋底部，有助于形成南极底层水，并参与全球翻转环流。
碳循环：南极海冰变化加剧南大洋分层，削弱深层水向表层的混合和上涌，进一步影响二氧化碳净吸收。
全球海平面变化：过去30年南大洋增温和南极冰盖融化贡献了区域和全球海平面上升。与冰盖淡水输入和海洋热量增加一致；纬向不对称性与SAM结构模式一致（可见SAM的结构对南极区域的气候影响的重要性）。
反过来对全球气候产生影响;同时受来自热带的遥相关进一步影响。
对南极洲和南大洋的影响：目前AMO和IPO的驱动正深化ASL，加上SAM的正相位趋势，使得南极洲周围产生一些气候趋势。
极地涡旋
对SAM的影响：2000年代初期臭氧损失和恢复是SAM年代际趋势和变化的主要驱动；南方夏季和春季的温室气体增加会加剧极地涡旋，导致南半球海洋副热带环向极地加深，强化埃克曼抽吸，进一步改变表层气候。
人为强迫的重要性
温室气体增加和臭氧变化与实际观测到的环流对称趋势关系更密切
人为变暖趋势显著，东太平洋预计比西太平洋升温更快；类似厄尔尼诺的模式导致ASL减弱，随之到来罗斯海海冰负异常，阿蒙森海，别林斯豪森海海冰正异常，以及西南极冰盖雪积累加剧。
赤道太平洋地区变暖速率会更快于非赤道太平洋区域：导致太平洋辐合带和南太平洋辐合区向赤道 移动（倾向跟随最高表面温度）。
厄尔尼诺SST变率的加强：海洋—大气耦合的增加，上层海洋的分层强化，导致厄尔尼诺的增强；极端厄尔尼诺的增强也会导致极端拉尼娜事件的频繁；太平洋极端ENSO会影响印度洋偶极子也随之发生极端异常。
随着温室气体的增加，驻波罗斯贝波模式（PSA模式）逐渐东移也会加强与南极的遥相关影响。
热带环流和变率
多年代际变率
温室气体增温效应导致哈德利环流向极扩张，中纬度西风增强，表现为SAM正相位；
副热带环流向极地移动，使温暖海水接近南极地区。高纬度加强的西风通过加强热吸收使南大洋更多的热量储存，上层次表层水被大气变暖加热，由埃克曼抽吸向北运输，后沿等密度线向深海俯冲。
南极臭氧的恢复抵消温室气体排放增加的影响，但在恢复期，SAM正相位趋势会加速相关热量吸收。
不断变化的环境循环
预计未来遥相关变化
由于遥相关年代际变化的复杂性以及人为强迫的不确定性，这种预测有待考证
两极对热带遥相关的响应是同步的：如：1979-2013年期间，东太平洋IPO的冷却与两极遥相关关联有关。
全球遥相关由两半球大型罗斯贝波列组成，分别由热带向两极传播（北大西洋和西南极区域）
两极压力异常的纬向不对性，IPO对两极的影响相反，有利于南北半球气候不对称。
北半球，IPO在东太平洋向冷趋势时引发罗斯贝波列，从热带大弧线延伸至北极，在格陵兰岛形成正高压系统，由于摩擦导致反气旋发散，空气下沉以保持质量，期间绝热升温，保持了更多水分，通过增加逆温层下方相对湿度增加低边界层运量。进而潮湿，温暖，多云的环境增加了向下的长波辐射，使得地面变暖和海冰融化增加。
热带遥相关和两极的联系
在更长时间尺度上的影响显著，但在结果上产生的是混合的结果，并且除了ENSO以为的其他区域的气候影响会改变结果的解释，因此对机制的解释非常复杂。
模型和模型改进
持续的观测并增进理解变率
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