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热带次季节对流云簇致南极东部夏季变冷

2021-09-09来源:中国气象报作者:李慧 王婉作者(文):作者(图): 发布: 责编:林雯访问量:10

本期观点:

■热带季节内振荡(MJO)对流云簇活动的年代际异常影响南极气温趋势。

■近年来,MJO对流在赤道西太平洋上的活动愈加活跃,而在热带印度洋上却逐渐减少,通过大气遥相关,为南极东部地区的变冷提供有利条件。

■热带次季节尺度的异常信号可以通过年代际尺度的积累,对热带外地区的长期气候变化趋势造成一定的影响。

在全球变暖的背景下,西南极和南极半岛是世界上增温最显著的区域。但是东南极地区却未呈现出明显增温,反而在南半球夏季,东南极地区地表气温(SAT)呈递减趋势,这一现象引发全球气候学家广泛关注。南京信息工程大学徐邦琪教授的研究团队,揭示了热带季节内振荡(MJO)对流云簇活动的年代际变化,是导致南极变冷趋势的全新机制。

南极气温与全球气候变化密切相关

南极大陆看似距离遥远,却是影响全球气候变化的关键地区,在很大程度上控制了南半球中高纬度的大气环流。此外,南极大陆的淡水冰占全世界淡水冰总量的90%,其中85.6%分布在东南极,南极周围具有极大潜能的海冰,可以通过改变海水浓度影响全球洋流和大气环流。因此,南极气温的变化不但直接影响南极地区的生态系统,而且对全球的气候变率和变化有着重要贡献。

此前,已有研究分析南极地区气温和海冰的变化趋势,发现南极地区气候变化较北极复杂许多,其在不同季节、不同区域,可能显现出不同的变化趋势。导致南半球夏季(12月、1月和2月)南极东部地区降温、西部地区增温的因素众多,有研究认为与中高纬大气动力过程有关。例如,臭氧减少和温室气体增加有利于南半球环状模的正位相趋势,使得中纬度西风急流增强,向极区的热量输送减弱,导致南极大陆降温。另外一些研究认为,热带太平洋海温型态和强度的异常变化,激发出向极区传播的大气异常波动,引发向南极西部的暖平流,有利于南极半岛地区增暖。还有一些研究认为,南极大陆东西不对称的气温变化,可能源自于南极本身的地形分布特征。

而徐邦琪的研究团队则是在上述探索之外,通过观测数据分析和诊断,结合大量气候模式的模拟试验,发现了活跃于印度洋-西太平洋暖池区的MJO对流活动的变化,可能是导致南极气温变化趋势的因子。

MJO对千里之外的南极也有显著影响

MJO是活跃于热带的现象,如何影响到遥远的南极呢?

徐邦琪解释,作为热带地区最主要的一种季节内尺度信号,MJO在热带地区和热带外地区的天气气候变化中扮演着重要角色。它在观测上显示为大尺度(空间上数千公里)的深对流扰动、强烈上升运动,且伴随低层辐合和高层辐散环流结构,MJO对流-环流耦合系统沿赤道向东传播,周期约为20天至90天,该向东传播的信号在北半球冬季最为活跃。

在最近几十年的南半球夏季,MJO对流云簇在赤道西太平洋上的活动愈加活跃,而在热带印度洋上却呈现出减少趋势,这一变化为南极东部地区的变冷提供了有利条件。具体而言,当MJO对流云簇移动至西太平洋时,相应的大气波动在东南极地区上空呈现低压异常,通过绝热上升冷却和冷平流效应,引发东南极地表气温变冷。与之相反,当MJO对流云簇降水位于印度洋上时,大气异常波列有利于东南极地表气温增暖。

可见,南极的气候变化不仅与中高纬的天气气候系统密切相关,也与热带地区的天气气候存在遥相关。

天气气候系统内存在的多尺度相互作用

研究指出,热带次季节尺度的异常信号可以通过年代际尺度的积累,对热带外地区的长期气候变化趋势造成一定影响。

在发现了次季节对流云簇影响南极变冷趋势的观测事实之后,研究团队初步分析了30余个参加第六次国际耦合模式比较计划 (CMIP6) 项目的国际主流海气耦合/地球系统模式对赤道-极区气候联系的模拟技巧。结果显示,仅有少数的CMIP6历史模拟能描述南半球夏季东南极的降温趋势,且大多数模式对热带次季节对流引起的遥相关特征和相应的极区气温变化模拟能力偏弱。

气候模式对跨区域、多尺度系统相互作用特征的精确刻画,是提高区域气候预报精准度的关键基础。要提升局地的气象预报技巧,不仅需要了解局地效应,还需要关注遥相关提供的可预报性来源,以及气候系统的多尺度相互作用。

未来,研究团队计划对CMIP6模拟和次季节-季节(S2S)预测数据进行评估和诊断,更深入地了解地球系统的多尺度、多圈层、多纬度相互作用,以提供改进模式模拟和提高预报技巧的物理基础。

http://epaper.zgqxb.com.cn/epaper/index/item_read?id=217732 202109101 3版

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