热带大气潜热释放对全球变暖的反馈 钱诚 符淙斌 email : qianch@tea.ac...

热带大气潜热释放对全球变暖的反馈热带大气潜热释放对全球变暖的反馈钱诚 符淙斌钱诚 符淙斌

Email : Email : qianch@tea.ac.cn中国科学院大气物理研究所东亚中心中国科学院大气物理研究所东亚中心

AcknowledgeAcknowledge

Some of the pictures from Bin WangSome of the pictures from Bin Wang 、、齐晔、蔡明、姜大邦等。齐晔、蔡明、姜大邦等。

Background

(Jones et al. 1999)

Change in 20th century.Change in 20th century.

Atmospheric CO2 Concentration

310320330340350360370380

1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010

Observed seasonal temperature trend (IPCC, 2001)Observed seasonal temperature trend (IPCC, 2001)

QuestionsQuestions CO2CO2 是直线上升的是直线上升的 ,, 而温度变化曲线有很而温度变化曲线有很大波动。大波动。 Why?Why? 全球温度在全球温度在 19401940 －－ 19701970 年间经历一个低年间经历一个低值期，值期， 19801980 年后快速上升。年后快速上升。 WhyWhy ？？ 19761976 年后陆地增暖比海洋明显。年后陆地增暖比海洋明显。 Why?Why?

Background

大气中的大气中的潜热潜热是一种重要的能量形式，当潜热能是一种重要的能量形式，当潜热能释放释放出来出来时，将加热大气。时，将加热大气。 地球表面和大气中的水分变化所地球表面和大气中的水分变化所释放的潜热释放的潜热（（凝结加热凝结加热）） ,,对地对地 -- 气系统能量的影响是十分巨大的，它在大气运动中气系统能量的影响是十分巨大的，它在大气运动中处于一种处于一种特殊的地位特殊的地位：一方面它在某种意义上意味着上升：一方面它在某种意义上意味着上升运动、云、降水等一系列的物理现象，且这些物理现象又运动、云、降水等一系列的物理现象，且这些物理现象又是是受受整个大气环流背景整个大气环流背景影响和制约影响和制约的；另一方面它作为一的；另一方面它作为一种种大气热源大气热源，又，又反作用于反作用于这个大的环流背景，使其发生变这个大的环流背景，使其发生变化。化。

Background

在过去的在过去的 5050 多年中，全球温度不断变暖，气候多年中，全球温度不断变暖，气候系统也经历了一次年代际变化（系统也经历了一次年代际变化（ Nitta et al,1989;Nitta et al,1989; Trenberth,1990;Lau,1997 Trenberth,1990;Lau,1997 ）） ,, 那么那么 ,, 在这段时在这段时间中间中 ,,1)1) 凝结加热有什么变化凝结加热有什么变化 ??2)2) 它的变化又将会给气候系统带来怎样的反馈它的变化又将会给气候系统带来怎样的反馈 ??

DataData

11 ））凝结加热率：凝结加热率： NCEP/NCARNCEP/NCAR 再分析数据集月平均资料子集再分析数据集月平均资料子集中的凝结加热率资料，覆盖时段：中的凝结加热率资料，覆盖时段： 1948~20031948~2003 年。该资料是年。该资料是高斯网格资料，格距高斯网格资料，格距 1.8751.875××1.8751.875 ；垂直方向为；垂直方向为 2828 层层 sigmasigma坐标；进行垂直积分得到整层凝结加热率（坐标；进行垂直积分得到整层凝结加热率（ QQ ）（单位：）（单位： w·w·m-2m-2 ）。）。22 ） ） 经向风：经向风： NCEP/NCARNCEP/NCAR 再分析资料的再分析资料的 vv 分量月平均资料覆分量月平均资料覆盖时段为盖时段为 1948~20031948~2003 年；垂直分层为年；垂直分层为 10001000 ，， 925925 ，， 850850 ，，700700 ，， 600600 ，， 500500 ，， 400400 ，， 300300 ，， 250250 ，， 200200 ，， 150150 ，， 100100hpahpa ，共，共 1212 层；网格距为层；网格距为 2.52.5××2.52.5 。 。 同时使用同时使用 ERA-40ERA-40 再分析资料的再分析资料的 vv 分量月平均资料进行分量月平均资料进行对比对比分析，资料描述：覆盖时段为分析，资料描述：覆盖时段为 1957.9~2002.81957.9~2002.8 ；垂直分层为：；垂直分层为：10001000 ，， 925925 ，， 850850 ，， 700700 ，， 600600 ，， 500500 ，， 400400 ，， 300300 ，， 250250 ，，200200 ，， 150150 ，， 100hpa100hpa ，共，共 1212 层；网格距为层；网格距为 2.5°×2.5°2.5°×2.5° 。 。 33 ））地表温度：地表温度： NCEP/NCARNCEP/NCAR 再分析资料的地表温度资料，覆再分析资料的地表温度资料，覆盖时段为盖时段为 1948~20031948~200344 ） ） SSTSST ：： NOAA Extended Reconstructed SSTNOAA Extended Reconstructed SST 资料，选资料，选取时段为取时段为 1948~20031948~2003 年。 年。

过去的过去的 5050 多年中 冬季多年中 冬季观测事实观测事实

北半球平均温度

Hadley 环流（北半球）北半球平均温度

过去的过去的 5050 多年中 冬季多年中 冬季观测事实观测事实

NCEPNCEP

ERA-40ERA-40

平均经圈环流的计算方案平均经圈环流的计算方案 在在 Lorenz Lorenz 球面－气压坐标系中球面－气压坐标系中 ,, 沿纬圈平均的沿纬圈平均的连续方程连续方程为 为 ::

定义定义总质量流函数总质量流函数 ： ：

它满足它满足 EularEular 条件：条件：

AgR

/cos2 2

Bp

gR

/cos2

0

B

pA

0)cos()cos(

Rp

平均经圈环流的季节演变

平均经圈环流的季节演变

冬季北半球 Hadley 环流上升支附近的凝结加热的时间演变

Hadley 环流（北半球）北半球平均温度

过去的过去的 5050 多年中 冬季多年中 冬季观测事实观测事实

潜热释放 ( 上升支 )

Hadley 环流（北半球）北半球平均温度

过去的过去的 5050 多年中 冬季多年中 冬季观测事实观测事实

潜热释放 ( 上升支 )热带 SST

10 年低通滤波后的 niño3 区冬季 SST 的距平序列

Hadley 环流（北半球）北半球平均温度

过去的过去的 5050 多年中 冬季多年中 冬季观测事实观测事实

潜热释放 ( 上升支 )热带 SST

SST -- 潜热释放

0.54

Hadley 环流（北半球）北半球平均温度

过去的过去的 5050 多年中 冬季多年中 冬季观测事实观测事实

潜热释放 ( 上升支 )热带 SST

潜热释放– Hadley

0.54

0.76

Hadley 环流（北半球）北半球平均温度

过去的过去的 5050 多年中 冬季多年中 冬季观测事实观测事实

潜热释放 ( 上升支 )热带 SST

Hadley– 北半球平均温度

0.54

0.76

0.62

冬季北半球冬季北半球 HadleyHadley 环流强度和环流强度和 niño3 区 SST

0. 100. 150. 200. 250. 300. 350. 400. 450. 50

- 10 - 9 - 8 - 7 - 6 - 5 - 4 - 3 - 2 - 1 0 1 2 3 4 5

冬季北半球冬季北半球 HadleyHadley 环流强度环流强度和北半球平均温度的关系和北半球平均温度的关系

0. 300. 350. 400. 450. 500. 550. 600. 650. 70

- 6 - 5 - 4 - 3 - 2 - 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Hadley 环流（北半球）北半球平均温度

过去的过去的 5050 多年中 冬季多年中 冬季结论与讨论结论与讨论

潜热释放 ( 上升支 )热带 SST0.54

0.76

0.62

辐射能分布

能量输送

结论与讨论结论与讨论

SST trend (JJAS) during last 56 years结论与讨论结论与讨论

过去的过去的 5050 多年中 冬季多年中 冬季

热带 SST

Hadley 环流凝结加热

北半球平均温度

H

在过去的在过去的 5050 多年中，冬季北半球的变暖，除了有多年中，冬季北半球的变暖，除了有人类活动排放的温室气体的影响外人类活动排放的温室气体的影响外 ,, 热带海温增暖热带海温增暖引起的水循环变化引起的水循环变化 (( 潜热释放的反馈潜热释放的反馈 )) 也是一个重也是一个重要的因素。要的因素。

Angell(1981)Angell(1981) 和和 Pan(1983) Pan(1983) 指出，全球对流层气温升高是由指出，全球对流层气温升高是由热带水热带水循环变化循环变化而控制的，热带较高的而控制的，热带较高的 SSTSST 引起蒸发量增大，降水量增大，引起蒸发量增大，降水量增大，因此通过潜热释放使大气升温。因此通过潜热释放使大气升温。 Graham(1995)Graham(1995) 用用 ECHAM2ECHAM2 、、 GLBLGLBL 、、 ECHAM2EXTROPECHAM2EXTROP 、、 ECHECHAM3AM3 和和 NMCNMC 等等 55 个模式的模拟结果与观测结果进行对比发现，最近个模式的模拟结果与观测结果进行对比发现，最近的全球温度变化主要是热带海温强迫引起的的全球温度变化主要是热带海温强迫引起的水循环的作用水循环的作用异常增强。 异常增强。

结论与讨论结论与讨论

QuestionsQuestions

海洋的自然变率海洋的自然变率 ?? 全球变暖全球变暖 ?? 太阳辐射变化太阳辐射变化 ??

热带热带 SSTSST 为什么会增暖为什么会增暖 ??

Thanks!Thanks!谢谢谢谢 !!

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