大西洋海表温度对1998年出现的最高全球地表气温的影响外文翻译资料

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大西洋海表温度对1998年出现的最高全球地表气温的影响

陆日宇

1998年是在有仪器测量记录以来最热的一年。本文使用了大气环流模式来研究海洋表面温度(SSTs)对1998年气温偏暖现象的影响，特别是大西洋海表温度的影响。该模式利用观察到的全球海温模拟出了1998年地表温度异常的主要情形。敏感性试验表明，与全球海温异常比较，大西洋海温异常可以解释1998年35%的全球平均气温（GMAT）异常，和57%的陆地表面气温异常。大西洋海洋影响全球平均表面空气温度的机制很可能随季节的变化而变化。可能的详细机制涉及热带大西洋地区局部对流的影响、在冬春两季时其激发的传播到北大西洋和欧亚大陆的罗斯贝波的影响、在夏秋两季时其引起热带沃克环流的改变从而引发热带太平洋对流变化的影响。这反过来又影响了亚洲和澳大利亚的气候。大西洋海洋的重要作用表明，我们不仅要注意热带太平洋，还要注意热带大西洋在了解全球平均表面空气温度的变化和它的可预测性中的作用。

1. 引言

全球平均地表温度（GMAT）是全球气候的重要指标。1998年是全球平均气温最高的一年，大幅刷新了仪器测量的新记录[Bell等1999；Folland等2001]。全球平均地表温度表现出明显的年际和年代际变化[Kang等1996]。一个强年际正异常，在与全球变暖趋势相结合以后，可能会在特定的年份对全球气候产生相当大的影响。

1997-1998年期间也是一个ENSO的主要周期，1997年是一个破纪录的强厄尔尼诺，1998年则是一个一般强度的拉尼娜年[McPhaden 1999]。太平洋是全球最大的海洋，它的热带地区大约是大西洋的三倍。在讨论全球气温时，绝大多数人都关注了太平洋，尤其是热带东太平洋的海表温度[例如：Kang 1996；Wu and Newell 1998；Cai and Whetton 2001；Trenberth 等]。除太平洋海温异常外，还存在其他海洋盆地的海温异常，例如，大西洋海温异常。事实上，1998年海洋热量含量最大的为大西洋[Levitus 等2000]。大西洋欧洲部门基于北半球冬季的观测[如 Czaja and Frankignoul, 2002]和模式研究[如Sutton等2000； Drevillon 等2003；Mathieu 等2004]发现，有越来越多的证据表明热带大西洋在气候系统中扮演着重要的角色。然而，大西洋海温对全球气温的作用被忽视。本文的主要目的是表明在1998年大西洋海洋对全球表面空气温度有重要影响，并进一步尝试阐明其机制。

1. 观测证据

图1显示了根据NCEP-NCAR再分析资料集在1998气象年（从1997年十二月到1998年十一月）的地表温度异常[Kalnay等，1996 ]。本文利用1961年到1990年的30年平均作为气候场，然后用气候场的海表温度强迫进行30年积分作为控制试验（在下面的章节中描述）。估计全球平均温度高于正常值0.5℃的陆地和高于正常值0.7℃的海洋。

年平均地表温度在陆地地区的主要特征是大部分北美（1.0°-2.0℃）和欧亚大陆的南部（0.5°-1.0℃）气温都超过了平均值。在欧亚大陆北部，温度是低于正常0.5°-1.0℃。澳大利亚和大部分非洲和南美的年温度高于正常0.5°-1.0℃（见表1）。

图1：根据NCEP-NCAR再分析数据集得出的1998气象年的地表气温异常。其异常是基于1961-1990年的标准。等值线绘制了plusmn;0.5、plusmn;1.0、plusmn;2.0和plusmn;4.0℃，其中用实线代表正值、虚线代表负值。数值在大于0.5和2.0时分别为浅和深的阴影区。

表1： 1998气象年观测和模拟超过指定区域平均值的表面空气温度异常

表注:欧亚大陆、非洲、澳大利亚、北美和南美都分别被定义为(0°-140°E,30°-50°N) (0°-60°E,30°S-15°N) (110°-160°E,40°-10°S) (150°-20°W,40°-80°N)和 (80°-30°E,20°S-10°N)的范围。这些规定的区域是根据观察到的表面空气温度（图1）的强正异常确定的。单位是℃。

在海洋上，海面上的气温异常与海水表层温度异常有着很好的相似性（文中没有给出）。在气象年1998年，年平均海表温度异常表现出了厄尔尼诺模态。厄尔尼诺现象从1997年延续到了1998年春季，拉尼娜现象是从1998年夏季开始的。伴随着1997-1998年ENSO循环，其他海盆，比如印度洋和大西洋，也出现了海表温度异常的现象。在热带大西洋和北大西洋，1998年各季节的温度都要高于同期平均值。事实上，在1998年由北纬5.5°-23.5°、西经15°-57.5°海表平均温度的异常（Enfield等 1999）定义的热带北大西洋指数的年平均是自1948以来最高的，其异常大于2个标准偏差。大西洋海的海温异常重要吗？一个专门设计的实验让我们单独评估大西洋海温对全球平均地表温度的影响1998。

图2：1998气象年模拟的地表气温异常。（a）全球海温强迫。（b）大西洋海温强迫。等值线和阴影的设置与图1相同。

表2：全球海温和大西洋海温强迫的全球平均表面空气温度异常

表注:单位是℃。大西洋海温异常可以解释全球海温强迫全球平均地表温度异常中的46.0%（DJF）32.7%（MAM）33.3%（JJA）36.2%（son）和35.1%（每年）。

1. 模式与实验设计

本文研究中采用的数值模式是哈德利气象中心的称为HadAM3的大气环流模式。该模式使用2.5纬度乘3.75经度的网格和19层水平模式。它包括Cox等人提出的新的陆面方案 [ 1999 ]。这一新的陆面方案为了更好地模拟表面温度包括了土壤水分的冻结和融化和一种添加了依赖于温度、汽力和二氧化碳的气孔阻力的新的蒸发方案。Pope等[ 2000 ]编写了一个详细的描述模式组成和它的性能文章。

只有海温和海冰程度不同的三个实验已经完成。控制实验是由1961到1990的30年的平均[Smith和Reynolds 1998]气候场的海表温度和海冰范围强迫的。“全球”实验是由Reynolds和Smith [1994]给出的观测到的全球海表温度和海冰范围强迫的。“没有大西洋”实验是由观测到的全球海表温度和海冰范围，其中大西洋范围（纬度为30°S-75°N）由气候场的海表温度和海冰范围代替。这项研究的第一步是确定模式在全球观测海表温度的强迫下，是否再现了地表气温异常的主要特征。第二步是探讨大西洋海洋的作用。

表3：同表2，但是地表平均空气温度异常

表注:单位是℃。大西洋海温异常可以解释全球海温强迫全球平均地表温度异常中的92.1%（DJF）47.6%（MAM）45.5%（JJA）57.8%（son）和57.1%（每年）。

为了将外部变量的强迫效果与内部变量分离，每个实验都进行了10次积分的集合。这些积分仅是其初始条件不同，从最后自旋向上积分。为控制一体化，自旋向上积分是由气候场的海表温度和海冰范围强迫，并持续1.5年。然后，控制实验从1年的12月开始运行1年。对于敏感性实验，自旋向上的积分是由观测的海表温度和海冰范围从1996年6月1日积分至12月31日。然后，敏感性实验从1997年1月1日积分至1998年11月30日。自旋向上的初始条件取大气模式比较计划（AMIP）的模拟。由于大气响应时间是几个星期，而陆地表面的响应时间是几个月，在这项研究中的自旋是足够的。对海温异常的响应估计为一对实验的整体之间的差值。学生的t检验是用来确定的实验间的集成方法是否有显著不同。

该模式和实验设计与研究了在1997-1999ENSO循环下北大西洋地区冬季气候异常成因的东等[2000]给出的是相同的。此外，该模型能够产生所观察到的Walker环流的崩溃和在1997 / 98的厄尔尼诺年的东/西云结构的变化[Lu等2004 ]。

图3：大西洋海表温度强迫下的季节平均地表空气温度异常。阴影表示通过利用t检验的95%的显著水平。实心线为正值，虚线为负值。等值线与图1相同。

图4：大西洋海表温度强迫的季节平均降水总量异常。阴影表示通过利用t检验的95%的显著水平。实心线为正值，虚线为负值。等值线绘制了plusmn;0.5、plusmn;1.0、plusmn;3.0和plusmn;5.0毫米/天。

在目前的研究中，大西洋表层海温的强迫作用与全球实验和“没有大西洋”的实验是不同的。我们对大西洋的影响方式不仅考虑到大西洋海表温度的直接影响，还有与印度洋/太平洋的非线性相互作用的海表温度影响。另一种方法来评估大西洋海温异常的影响，是将进行一个实验，其中海温异常被限制到大西洋海盆。我们不能假设全球海温异常的响应是印度/太平洋海温异常与大西洋海温异常的响应的一个线性总和，因为其中很可能有非线性相互作用。在这项研究中所使用的方法可能在评估大西洋的影响时是较好的，因为大西洋海表温度异常与太平洋海温异常有关[Enfield和Mayer1997; Klein等1999; Elliott等 2001]。

1. 模拟结果

该模式在全球海温强迫下输出年地表气温异常情况（图2a；参见表1）在60S和70N之间与观察到的异常有0.41的相关度。该模式模拟0.5-1.0℃的地表温度的正异常区为南欧亚大陆、非洲中部和南部，以及北美和南美的北部地区，1.0-2.0℃的正异常区澳大利亚，而在北欧亚大陆为1.0-2.0℃的冷异常。

应该注意的是，观察和模拟空气温度异常的模式之间的相关性不是很高。目前的气候模式对温带的气候异常模拟的能力都比较有限。HadAM3，至少定性的抓住全球陆地年地表气温异常的主要模式，为本研究提供了基础。

模式模拟的表面空气温度的全球平均特征，总结在表2和3。模式在全球海温异常强迫下对全球平均气温模拟出了0.47℃的异常，非常接近观察全球平均气温的异常值（0.5℃）。模拟全球陆地平均气温（LMAT）显示了一个类似于全球平均气温变化的季节变化，在夏季最大，冬季最小（表3）。模式在全球海温强迫下再现了陆地表面温度比海洋表面温度更强的现象。

图2b显示了全球实验和“没有大西洋”实验之间的差异，这体现了大西洋海温的作用。它表明，大西洋海表温度异常引起了的在非洲，大部分欧亚大陆，澳大利亚，热带北美和格陵兰（见表1）地表

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