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大气环流的异常响应对预估全球变暖下ENSO振幅变化不确定性的影响机理

应俊、连涛   2018-11-14

       近日,我室应俊助理研究员,连涛副研究员,陈大可院士连同中国科学院大气物理研究所黄平研究员在国际知名期刊Journal of Climate(IF=4.661)发表了关于大气环流对海温异常的响应对预估全球变暖下ENSO振幅变化不确定性的影响及机理方面的研究成果。

       全球变暖下ENSO振幅的变化一直是当前海气耦合模式预估未来气候变化的一个难点,模式预估ENSO振幅的变化既有增强,也有减弱或者基本不变的情形。这种预估结果的不确定性极大地影响了模式预估未来气候变化的可信度。然而,影响目前多模式预估ENSO振幅变化不确定性的机理尚不清楚。本研究利用31个CMIP5模式,探讨了东太平洋关键区大气环流对海表面温度异常的响应这一Bjerknes反馈过程中极为重要的环节对多模式预估ENSO振幅变化不确定性的影响及作用机理。本研究表明,东太平洋环流对海温异常响应的变化主要影响厄尔尼诺振幅的变化,而对拉尼娜振幅的变化没有显著影响。通过对环流异常响应变化的进一步分解,本研究给出了环流异常响应的变化影响多模式预估厄尔尼诺振幅变化不确定性的两个主要机制。一方面,东太平洋气候态SST增暖相对于热带平均SST增暖更强有利于东太平洋更容易激发异常环流的响应,从而更有利于厄尔尼诺振幅的增强;另一方面,东太平洋背景态下的环流对海温的异常响应偏弱受到气候态降水变化率的调制作用可导致全球变暖下环流对海温的异常响应增强更多,从而有利于厄尔尼诺振幅的增强。这两个机制中后者对厄尔尼诺振幅变化不确定性的影响相对更多。据此,在“观测约束”的思想下,我们得到了当前耦合模式模拟背景态下的环流对海温异常的响应普遍偏强的模拟误差,意味着这一共有的模拟误差可导致全球变暖下多模式预估的ENSO振幅变化普遍偏弱,因此,就大气环流对海温异常响应的变化这一作用而言,未来ENSO的振幅相对于现阶段而言很可能增强。

引用:Ying, J, P. Huang, T. Lian, and D. Chen, 2018: Inter-model uncertainty in the change of ENSO's amplitude under global warming: Role of the response of atmospheric circulation to SST anomalies. Journal of Climate, doi: 10.1175/JCLI-D-18-0456.1

文章链接:https://journals.ametsoc.org/doi/abs/10.1175/JCLI-D-18-0456.1

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图1 31个CMIP5模式模拟的背景态下环流对海温异常的响应与(a)除去热带平均SST增温和相对SST增温效应后的环流对海温异常响应的变化,(b)总的环流对海温异常响应的变化以及(c)厄尔尼诺振幅变化之间的关系。黑色实线表示模式间的线性回归。紫色实心点表示观测下的环流对海温异常的响应。

 

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图2 东太平洋海温关键区(NINO3区域)环流对海温异常响应的变化影响多模式预估厄尔尼诺振幅变化不确定性的示意图。