北美地形对海洋经圈翻转流影响的耦合模式简介

1、北美地形对海洋经圈翻转流影响的耦合模式简介I摘要本文首先利用美国国家大气研究中心(National Center for Atmosphere Rese-arch， NCAR )开发的地球气候系统模式(Community Earth System Model，CESM1.0) 完成了全球无地形试验( Flat 试验) ， 发现大西洋经向翻转流( AtlanticMeridional Overturning Circulation,AMOC ) 明显减弱，太平洋经向翻转流( PacificMeridional Overturning Circulation,PMOC )增强，并将此跷跷板效应的产

2、生归因 于北美落基山脉的消失。本文继续利用CESM 研究北美地形高度对海洋经圈翻转流( Meridional Overturning Circulation,MOC )的影响，旨在对以上结论进行验证。 本文在控制实验( Real 试验) 的基础上设计了无北美地形高度试验( usa_ntopo试验)，前者模拟全球真实地形，后者将北美位势高度设为10 米。与 Real 试验相比，usa_ntopo试验中 Hadley 环流北支减弱，使副热带高压减弱， 对流层低层热带和副热带间气压梯度减小，东北信风减弱，低纬度太平洋海表风应力减小，副热带环流(Subtropical Cell， STC)随之减弱。由

3、于没有落基山脉的阻挡，北美西侧对流减弱，且水汽辐合减弱，降水减少，更多的海水蒸发，且河流向阿拉斯加湾输送的淡水减少，北太平洋深水形成区(North Pacific DeepWater， NPDW) 盐度增加。然而， 高盐度海水仅能下沉到1000米深度， 使 45°60°N范围内 PMOC 增强， 其他区域PMOC 减弱。 然而， 北大西洋表面由于风的增强，更多的海水蒸发抵消了降水的增强所导致的海表盐度降低，使北大西洋深水形成区( North Atlantic Deep Water， NADW)盐度也增加。北大西洋更高盐度的深水 下沉到 23km 深度使整个大西洋AMOC 增

4、强。因此，北美山脉的消失并不是Flat 试验中 PMOC 增强、 AMOC 减弱这种跷跷板效应产生的主要因素。大尺度海洋环流在气候系统中扮演着重要角色，它通过向北输送温暖的热带、副热带表层水和向南输送冷的北大西洋深层水，能够将巨大的热量自热带输送到高纬 1。因此，海洋经向翻转流2对于气候及气候的变化具有重要的意义3。在现实世界中，AMOC 占主导地位，而太平洋只在表面有风生的大尺度环流4。古气候数据显示，在 1750015000年前的Heinrich 事件里， 由于冰川融化导致 AMOC 明显减弱，PMOC 增强，大西洋和太平洋经向翻转流之间出现了跷跷板效应 5 。 Y. Okazaki6利用

5、模式EMIC( Earth System Model of IntermediateComplexity) 进行淡水强迫试验(在北大西洋持续加入淡水100年) ， 模拟 Heinrich事件的冰川融化，研究PMOC 和 AMOC 的改变机制。研究表明：向北大西洋持续注入淡水100 年，北大西洋海水盐度降低，深水对流减弱，AMOC 减弱甚至崩溃。 AMOC 减弱会导致全球向北热量输送减弱，整个北半球大尺度降温。海气相互作用和大气遥相关作用使北太平洋也明显降温。由于AMOC 的减弱和北大西洋降温，太平洋 大西洋间的水汽输送减弱，太平洋的热带辐合带南移，导致北太平洋降水持续减少，进一步使北太平洋海表

6、盐度增加。一旦PMOC 形成， 表层洋流会将副热带高盐度的海水向北输送，使 PMOC 增强并维持(图 1) 。Hu A7则认为大西洋和太平洋这种跷跷板效应只在白令海峡关闭时出现，并利用 CCSM3( Community Climate System Model Version3)模式对其进行验证。结果表明，在白令海峡打开的试验中，AMOC 由于淡水的注入而减弱，大西洋盐度降低， 低盐度海水输送到北冰洋，并通过白令海峡输送给太平洋。且高纬度降温使冬季海冰向南扩张，更多的海冰在夏季融化也会给北太平洋带来淡水。更多的淡水在北太平洋堆积，不利于北太平洋深水的形成，因此 PMOC 并没有增强。在白令海峡关闭的试验中，AMOC 在前期由于淡水的注入也减弱，太平洋淡水的来源主要是海冰融化，因此北太平洋淡水增加的幅度不大。一旦 AMOC 崩溃，太平洋上海水蒸发明显增强，抵消降水的增强。太平洋海表盐度增加，深水对流随即产生，PMOC 增强，如图2所示。Okazaki et al.2010)1. 太平洋表层060 米平均温度和速度差异7300400 年的温度差异；箭头代表速度差异Hu A, Meehl G A et al.2012 )图 2. AMOC 和 PMOC 指数随时间变化序列图CBS：关闭白令海峡；OBS：打开白令海峡蓝色和黑色实线代表AMOC 指数，