【气候变化】热带北大西洋模态年际变率的研究进展与展望

蘅風澂云_Wisp

热带北大西洋模态年际变率的研究进展与展望

大西洋经向模态(AMM)是热带大西洋最重要的气候模态之一。呈现出南北半球海表面温度异常偶极子的空间形态(图1a)而北半球的这一极子(图1a黑色框)是热带北大西洋春季EOF的第一模态(图1b)，我们称之为热带北大西洋模态(NTAM)，其表现出季节锁相的特征并在春季达到最大值(图1c)。尽管如此，NTAM在其他季节仍然活跃并表现出较强的可持续性。
  NTAM对大西洋上热带辐合带有着明显的调节作用。当它处于正位相(SST异常增暖)时ITCZ位置较平均态偏北，反之则ITCZ位置偏南。此外，NTAM可以通过“电容器效应”对ENSO准2年振荡的位相转换起到辅助作用。且在年代际时间尺度上NTAM的异常增暖可以通过引发太平洋多年代际变率(IPO)的负位相，进而解释21世纪初的全球变暖“ 停滞” 现象。





  生成机制



1.局地海气相互作用
  较早的一种理论指出，当热带北大西洋上空出现西南风异常时，背景东北信风减弱所致的SST正异常会使得风-蒸发-SST(WES)机制形成正反馈过程，并往赤道方向发展。然而后续研究说明10°N以北海洋超前大气信号不显著，基本证明WES机制(局地海气耦合作用)只存在于靠近赤道的热带地区。相对的，另外一种局地海气耦合作用机制则着眼于达喀尔沿海一个温跃层抬升的圆顶形结构，即几内亚圆顶。它指出几内亚圆顶与NTAM有着很强的耦合作用：在NTAM暖事件的发展阶段，圆顶的异常较弱，混合层加深，这使得海洋对大气的蒸发冷却效应不敏感，SST升高；伴随着SST的变化ITCZ发生向北的异常移动，这会导致圆顶区Ekman抽吸增强，次表层变冷，通过卷夹过程加速NTAM在夏季的消亡。

  2.ENSO强迫
  ENSO可以通过4种机制激发出NTAM事件。分别为：太平洋-北美遥相关(PNA)、对流层加热(TT)、沃克-哈德来环流异常和亚马逊加热的影响。
  以上4种机制解释只揭示了ENSO强迫NTAM的过程，实际上由于ENSO事件持续性，强弱以及发生位置的不同，NATM的响应都会发生变化。例如在典型的中太平洋型(CP)厄尔尼诺影响下就只有热带北大西洋东北部的小范围海域SST变冷，其他海域则没有明显的变化。

  3.热带南大西洋的影响
  由于AMM总是成对出现，我们就把南半球的这一极子称为热带南大西洋模态(STAM)。Chang等指出，在南北半球SST经向梯度风的影响下NTAM正位相可以激发出STAM的负位相；反之，STAM在某种程度上也可以触发NTAM。这形成了一个NTAM-STAM偶极子结构，由EOF分解可以得到。
  但是，在旋转EOF分解中该结构并不存在。相反，这两个海温极子独立于对方存在，观测资料也可以佐证这点。同时，观测数据也指出该结构在某些年份可以出现。后续，Yang等利用太平洋-全球大气(POGA)实验分离ENSO影响，发现了在去除ENSO影响后NTAM无法激发STAM，进一步证实了两者是相互独立的。

  4.北大西洋涛动的影响
  NAO不仅是NTAM的触发机制，而且对NTAM的季节锁相有着至关重要的作用。并且NTAM对大气强迫不仅有被动响应，也可以主动强迫。



  NTAM与北大西洋的其他几种海温模态联系紧密。北大西洋最重要的两个海温模态为北大西洋三极子(NAT)和北大西洋多年代际振荡(AMO)，随着时间推移NAT在热通量的作用下演化为夏季的北大西洋马蹄型模态(NAH)。尽管发生的季节不同，NAT，NAH和NTAM联系紧密，这是由于三者均受到大气变率NAO的影响（表1）。NAT的热带极子与NTAM空间结构相似并且时间序列紧密相关。NHA与NTAM亦然，这是导致NTAM海温持续性的原因。另外，NTAM也表现出强年代际特征，主要与AMO有关。
  NTAM与Altlantic Niño没有明显相关。该现象也解释繁多。Servain等指出春季NATM正异常能激发出赤道及其以南海域的东风异常，并发展为Altlantic Niña。Foltz等则提出了NTAM通过Rossby波反射促进Altlantic Niño的机制。这两种机制互相抵消导致两者相关不显著。Richter等则反驳说观测并不能说明Rossby波存在西边界反射，并将正相关机制归结于海流输送。

  5.不同机制间的相互作用
  显然，任何一次NATM事件都不是单独一个因子作用所致，而是多个因子协同作用的结果。例如70年代中期的NATM极端冷事件就是拉尼娜和NAO正相位共同作用的结果。1982/1983年的强厄尔尼诺事件与AMO正相位的影响抵消，导致了当年的NATM冷事件相对弱。
  不同因子触发的NATM事件特征也略有不同：对于ENSO激发的NATM事件而言，NAO激发的NATM事件要早2个月发展；NAO激发的NATM正事件中心在达喀尔沿岸，ENSO激发的则在海盆内较为一致。

  对气候的影响

  1.周围陆地
  以NATM正事件为例，巴西东北易发生较为严重的旱灾，相对的ITCZ偏北则会导致西非降水偏多。并且NATM对于北大西洋夏季飓风也有极大的调控作用：TC的ACE升高，总数和持续时间有所上升，会导致登陆美国东南沿海的TC数量增多，但与强度关系不显著。

  2.全球
  研究表明，NATM正事件会引发西太平洋低层反气旋，导致赤道东风爆发，并引发当年冬季的拉尼娜事件。这一机制对ENSO的准两年振荡的位相转换起到了辅助作用，并进一步影响了东亚气候。并且NATM正事件可以通过TT机制导致印度洋增暖，引起沃克环流异常，最终触发IPO负相位。其负位相发生
时全球平均温度降低，进而导致21世纪初的全球变暖“ 停滞” 现象。



  3.南极海冰
  年代际时间尺度上NTAM的正位相会通过Rossby波导致特定位置SLP变化，促使海冰重新分配以及南极总海冰增加。

  模式模拟能力（略）

  结论与展望

  亟待研究之处：(1).ENSO与NTAM的季节差  (2).PNA强迫  (3).沃克与哈德来环流异常  (4).提高耦合模式对于热带大西洋的模拟能力  (5).NTAM在全球变暖后的变化


  原文：http://www.adearth.ac.cn/CN/10.11867/j.issn.1001-8166.2018.08.0808
doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2018.08.0808

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