07第七章厄尔尼诺与温盐环流解析课件

第七章ENSO与温盐环流7.1大气环流与南方涛动7.2

厄尔尼诺及其影响7.3

温盐环流7.1大气环流与南方涛动一、行星风系二、大气活动中心与季风环流三、沃克环流四、大气涛动三圈环流的模式图：平均经圈环流大气活动中心海平面气压图上巨大的高气压和低气压系统。是大气环流中较稳定的部分。其位置和强度变化对大范围环流和天气变化有巨大影响。其形成与下垫面特征关系密切。北半球海陆交替分布，大气冷热源受下垫面影响而有明显季节变化，大气活动中心在北半球随季节变化很大；在南半球变化较小。通常以中心所在地命名。大气活动中心1月7月北半球永久性活动中心副极地低压冰岛低压阿留申低压冰岛低压阿留申低压副热带高压北大西洋副高北太平洋副高北大西洋副高北太平洋副高半永久性活动中心大陆西伯利亚高压北美高压印度低压北美低压南半球永久性活动中心副热带高压南太平洋高压、南大西洋高压、印度洋高压半永久性活动中心大陆澳大利亚低压澳大利亚高压季风环流（Monsooncirculation）沃克环流（WalkerCirculation）沿着赤道太平洋海面上发展的东西向顺时针的垂直大气环流系统英国气象学家沃克爵士在1920年代最早提出的理论

沃克环流（WalkerCirculation）沃克环流正常情况低层大气太平洋上的信风沿赤道自东向西吹送，将暖海水热能堆积至西太平洋印尼一带的上层海水。此区暖水受热蒸发上升至大气中，使对流活动更易产生。上层大气风沿着赤道太平洋自西向东吹送，在东太平洋出现下沉气流，导致该区干燥少雨。大气涛动不同大气活动中心的变化之间的联系。沃克（Walker）在1924年正式提出三大涛动（大气活动中心的气压变化相反关系）的名称：北大西洋涛动（NAO：NorthAtlanticOscillation）冰岛低压与北大西洋高压北大西洋涛动强，表明两个活动中心之间的气压差大，北大西洋中纬度的西风强，为高指数环流。墨西哥湾暖流及拉布拉多寒流均增强，西北欧和美国东南部因受强暖洋流影响，出现暖冬；而由寒流控制的加拿大东岸及格陵兰西岸却非常寒冷。北大西洋涛动弱，表明两个活动中心之间的气压差小，北大西洋上西风减弱，为低指数环流。西北欧及美国东南部将出现冷冬，而加拿大东岸及格陵兰西岸则相对温暖。

北太平洋涛动（NPO：NorthPacificOscillation）阿留申低压与北太平洋高压南方涛动（SO：SouthernOscillation）印度洋低压与南太平洋高压南方涛动指数：赤道东太平洋海平面气压-印度尼西亚海平面气压。高指数时期（东高西低），赤道太平洋东部海温低、副高偏强，降水少；印度尼西亚海温高，东南季风强，印度的季风雨量多且集中。低指数时期，则相反。不仅影响印度、印度尼西亚和澳大利亚，还会影响非洲撒哈拉沙漠、加拿大等地。北极涛动全球大尺度的大气运动有一定的内在特征，在空间特征上往往表现为比较固定的结构，通常称为环流的“模态”。北半球中、高纬度大气环流最重要的模态是“北极涛动”，其主要特征以北极地区为中心而沿纬圈呈环状分布，所以又称“环状模态”。该模态对对流层（大约10km以下）大气环流的变化影响最强，季节上以冬季最活跃。当北极涛动处于正位相时，北半球以纬向型环流为主；负位相时则是经向型环流占优。北极涛动及其影响是目前国际上全球气候变化研究中一个非常重要的领域。北极涛动对我国气候的影响有关研究发现：当北极涛动处于较强的正位相时，东亚冬季风减弱，冷空气对我国冬季气候的影响也减弱，我国大部分地区气温偏高。从20世纪80年代以来的连续暖冬，可能与同期北极涛动的持续增强有密切关系。与此同时，强的北极涛动还造成我国日平均气温方差变小，这意味着天与天之间的变化更加平稳。从20世纪50年代以来，我国150个气象站平均冬季日温度方差减小了16.5％，北极涛动可能贡献了其中的大约20％左右。

研究还发现北极涛动对我国长江中下游地区夏季降水量的年际变化有显著影响，5月份的北极涛动指数与东亚夏季风指数间有显著的相关（0.46），当5月AO偏强一个标准差时，长江中下游地区夏季降水平均减少8％左右。这为我国汛期降水预测提供了一条重要线索。（龚道溢等）南方涛动

在对印度季风年际变化的研究中,沃克发现印度季风的变化和全球天气有某种关联。他注意到东南太平洋的副热带高压和印度洋赤道低压这两大气活动中心之间气压变化的负相关关系。即东南太平洋气压偏高时印度洋及印尼地区气压偏低；反之亦然的“跷跷板”现象。1928年在向皇家气象学会提交的一篇论文中，沃克将这种“跷跷板”现象定义为南方涛动（SouthernOscillation）。南方涛动黄点位置是东太平洋塔希提岛，代表东太平洋副热带高压；红点是达尔文港，代表印度低压；沃克发现两地之间的气压有明显的负相关关系。以达尔文港气压变化为基准，将太平洋各地的气压变化与其做统计而得出的相关系数分布图，正值代表正相关，负值代表负相关。7.2厄尔尼诺及其影响一、厄尔尼诺（ELNino）南美西海岸（秘鲁和厄瓜多尔附近）延伸至赤道东太平洋向西至日界线（180°）附近的海面温度异常增暖现象。拉尼娜与厄尔尼诺相反,赤道太平洋东部海面温度异常偏低的现象称为逆厄尔尼诺或反厄尔尼诺,与ELNino相对应称为LaNina,意为”女婴”.二、厄尔尼诺事件的发展过程三、厄尔尼诺成因四、厄尔尼诺影响五、恩索事件（ENSO）

海洋的主要热源是太阳辐射，上层水温比较高。一般，海水的水温高则密度小，所以，海洋有明显的分层——上层暖水和下层冷水间有一明显界面，叫斜温层。50m

200m暖池印尼和西太平洋新几内亚地区潮湿多雨的雨林气候太平洋东部地区晴朗少云气候——世界上最干燥的地区之一鱼类、鸟类资源丰富沃克环流斜温层异常增温热带沙漠开花热带雨林着火

在秘鲁南北狭长、宽度仅为30-130公里的浜海区，地面广泛分布着流动的沙丘，属于热带沙漠气候。该地区年平均气温超过25℃，年降水量不足50毫米，南部低于25毫米，气候炎热干旱。但有的年份降水量突然成倍增长，沙漠中会长出较茂盛的植物，并能开花结果。这种现象被称为"沙漠开花"。5°N5°S150°w90°w尼诺3区海温至少6个月连续偏高0.5摄氏度.频繁出没的厄尔尼诺自18世纪以来，厄尔尼诺现象频繁发生，在18世纪大约出现了4次较显著的厄尔尼诺现象，分别是1726、1753、1770和1791年19世纪，出现了12次较显著的厄尔尼诺现象，分别是1804、1814、1828、1845、1864、1871、1877~1878、1884、1887、1891、1896和189920世纪前半期，11次，分别为1902、1905、1911、1918、1923、1925、1926、1930、1932、1939和194120世纪后半期，分别为1953、1957~1958、1963、1965~1966、1969、1972~1973、1976、1982~1983和1986~1987，进入90年代以来，厄尔尼诺现象几乎连年发生。由此可见，厄尔尼诺并不是一种新生事物，它是一种长期的自然现象；也不仅仅是海洋异常现象，而且还是全球气候变化的因素之一。赤道太平洋海温指数序列A（℃）ClimateDiagnosticsandPredictionDivision/NCC/CMA赤道太平洋海温指数序列A（℃）ClimateDiagnosticsandPredictionDivision/NCC/CMA赤道太平洋海温指数序列B（℃）ClimateDiagnosticsandPredictionDivision/NCC/CMA赤道太平洋海温指数序列B（℃）ClimateDiagnosticsandPredictionDivision/NCC/CMA1997年12月太平洋东部海温距平图SSTandwatertemperatureprofile,EquatorialPacificOceanJanuary1997November1997March1998高度起伏代表海平面高度；颜色代表海温垂直分布——Red30°C；blue8°C；斜温层

20°C，深蓝色边缘。厄尔尼诺事件的发展过程酝酿阶段：始于冷事件之末西太平洋海面处于最高位置，南美西岸的海面处于最低位置。偏东信风较弱，南美沿岸涌升减弱。东太平洋海水温度开始回升。开始阶段表层海水温度的季节性变暖持续到4月份或者5月份，很可能意味着一次厄尔尼诺事件已经开始。发展成熟阶段消亡阶段东太平洋海表温度达到最高，消亡阶段开始厄尔尼诺的成因厄尔尼诺现象形成的原因，科学界有多种观点比较普遍的看法是：信风环流减弱时，西太平洋暖的海水向东延伸，海温在太平洋西侧下降，东侧上升，形成厄尔尼诺。厄尔尼诺影响1）赤道太平洋地区2）对我国气候的影响

——厄尔尼诺与东北低温；

——厄尔尼诺与我国夏季降水异常；

——厄尔尼诺与西太平洋台风活动。与厄尔尼诺相关联的降水和温度分布型世界家禽养殖饲料市场危机秘鲁鸟粪工业全球粮食生产，大豆代替鱼粉五、恩索事件（ENSO）Bjerkness将厄尔尼诺和南方涛动合称为恩索。恩索是当今学术界对厄尔尼诺现象的正式称呼。五、ENSO南方涛动表现为3~4年的周期变化，与赤道太平洋海温的变化有密切的关系。20世纪60年代，气象学家JacobBjerknes指出了SO与ElNino之间的联系。当SO指数为负位相并达到极低值时，表示东太平洋气压低于印度洋低压，赤道太平洋东部海水温度正距平异常明显，厄尔尼诺现象；与此相反，发生拉尼娜现象。南方涛动指数与厄尔尼诺时间之间虽然并不是严格的一一对应关系，但两者的联系非常密切（P255，图11-5）。地面是大气热机的主要热源；海洋吸收了到达地面80%的太阳辐射，并将其转化为驱动物理气候系统的动力；海气间的耦合作用：海洋释放潜热和感热推动大气运动，从而影响气候；而大气通过风应力将动量传送给海洋，影响海洋环流，由此气候系统通过大气和海洋实现了物质和能量的传输与转化。电影《后天》剧照气候学家呼吁减轻温室气体排放，保护地球气候政府官员忠言逆耳，置若罔闻热盐环流崩溃，气候灾难发生极端天气事件频发灾害性天气摧毁城市人类生存面临挑战《后天》故事梗概明天之后：冰冷的世界《后天》引发的科学疑问

什么是大洋热盐环流？热盐环流在气候系统中的作用如何？过去：地球气候记录中的热盐环流档案

《后天》中所描述的情景过去发生过吗?

现在：今天的热盐环流将来：全球变暖对热盐环流有何影响？7.3温盐环流一、温盐环流模式温盐环流的发现与定义温盐环流的关键因素温盐环流的驱动力二、温盐环流的作用和意义温盐环流与气候温盐环流在第四纪气候变化中的作用温盐环流的变化三、温盐环流与北大西洋涛动1、温盐环流的发现与定义1751年，英国奴隶贸易船，深层海水温度，亚热带地区，水下1mile处的海水温度仍然很低。1797年，英国BenjaminThompson解释了上述现象。20世纪20年代出现在经典的海洋教科书中（Defant，1929）2、温盐环流的关键因素深层水形成：对流导致的水团下沉深层水扩散：NADW、AABW深层水上涌：DEACON，德雷克东向传送带近表层海流3、温盐环流的驱动力高纬度地区的冷却作用“填充箱式动力”模型——海水环流停止不断稀释“箱子”中高密度的海水JohanSandtrom定律：水槽实验海水的湍流混合：热量供应来自潮汐和风力表层海水的热量来自太阳辐射海水的湍流混合导致热量向深海传递：引起海水湍流混合的热量供应来自潮汐和风力热量向下传递导致深层水扩展、上涌二、温盐环流的作用与意义温盐环流与气候温盐环流在第四纪气候变化中的作用温盐环流的变化实际估算的全球大洋环流的经向热量输送GanachaudandWunsch(2000)25%(Coveyetal.2003)AnnualmeanSATdeviationsfromzonalmean大西洋年均表层气温较之同纬度北太平洋偏高

Bodo(67

N14

E)Jan-2ºCNome(64

N147W)Jan-15ºC《后天》引发的科学疑问

过去：地球气候记录中的热盐环流档案

《后天》中所描述的情景过去发生过吗?热盐环流历史档案：

新仙女木事件(YoungerDryasEvent)Icecoresextractedfromthetwo-milethickGreenlandicesheetpreserverecordsofancientairtemperatures.Therecordsshowseveraltimeswhenclimateshiftedintimespansasshortasadecade.TheYoungerDryas—about12,700yearsago,averagetemperaturesintheNorthAtlanticregionabruptlyplummetednearly5°Candremainedthatwayfor1,300yearsbeforerapidlywarmingagain.The8,200-YearEvent—Asimilarabruptcoolingoccurred8,200yearsago.Itwasnotsosevereandlastedonlyaboutacentury.Butifasimilarcoolingeventoccurredtoday,itwouldbecatastrophic.TheMedievalPeriod—Anabruptwarmingtookplaceabout1,000yearsago.Itwasnotnearlysodramaticaspastevents,butitneverthelessallowedtheNorsetoestablishsettlementsinGreenland.TheLittleIceAge—TheNorseabandonedtheirGreenlandsettlementswhentheclimateturnedabruptlycolder700yearsago.Between1300and1850,severewintershadprofoundagricultural,economic,andpoliticalimpactsinEurope.(R.B.Alley,fromTheTwo-MileTimeMachine,2000).热盐环流影响亚洲气候的数值模拟气温降水SSTA(Wang&Zhouetal.2004，AAS)《后天》引发的科学疑问

现在：今天的热盐环流？热盐环流年代际变率的模拟温盐环流下沉支强度的逐年变化（周等，2000，科学通报）《后天》引发的科学疑问将来：全球变暖对热盐环流有何影响？IPCC报告给出的数值模拟结果DRAMATICCHANGESINTHENORTHATLANTIC—SubpolarseasborderingtheNorthAtlantic(top)havebecomenoticeablylesssaltysincethemid-1960s,especiallyinthelastdecade(bottom).Thisisthelargest