中国各季节气候对热盐环流减弱的不同响应
程军1，刘征宇2，3，张福颖1，郭品文1，杨洋1
【摘 要】摘要:使用CCSM3(community climate system model version 3)模式的“淡水扰动试验”结果，对热盐环流强度减弱后中国区域冬、夏气候的不同响应特征进行了研究。结果表明:CCSM3可较为准确地再现中国附近区域表面气温及降水量的量值和分布形态。当热盐环流年平均强度减弱约80%之后，中国区域冬、夏季的表面气温与降水量显著降低，但冬、夏季的降低幅度与空间分布形态存在显著的差异。冬季的降温幅度较大且分布较为一致，平均降温幅度可达2.2℃，最大的降温幅度可达4℃;夏季的降温幅度相对较小且南北差异较大，平均降温幅度为1.3℃，最大的降温幅度为3℃。冬、夏季降水量的降低幅度都在6%左右，但其成因及其分布形态都存在显著差异。 【期刊名称】大气科学学报 【年(卷),期】2011(034)006 【总页数】9
【关键词】关键词:中国气候;热盐环流;减弱;冬、夏季;淡水扰动
0 引言
热盐环流是地球气候系统中重要的组成部分，是经向热量输送的重要承担者(Carissimo et al.，1985;Bryden，1993;Trenber and Caron，2001)。地质重建资料及数值模式的研究表明，热盐环流对局地气候的形成及全球气候的变化非常重要(Broecker，1991;Folland et al.，2001;Vellinga and Wood，2002;Jansen et al.，2007)。在年代际时间尺度上，热盐环流的涛动与AMO(Atlantic multidecadal oscillation)及NAO(North Atlantic oscillation)
间存在内在的动力学关系(周天军等，2000;Delworth and Mann，2000;Knight et al.，2005;Zhang and Vallis，2007)，而AMO及NAO对我国年代际时间尺度上的气候变化影响显著(董敏等，2001;Lu et al.，2006;Li and Bates，2007;Lu and Dong，2008;李双林等，2009;Wang et al.，2009;Wu et al.，2009;于雷等，2010)。在更长时间尺度上，如百年时间尺度，热盐环流也能对中国气候产生显著的影响(Cheng et al.，2010)。
IPCC第3次及第4次评估报告中，全球众多的耦合模式模拟结果都表明，热盐环流的强度随着全球增暖的加剧显著减弱，平均减弱幅度可达30%(Cubasch et al.，2001;Meehl et al.，2007)。未来热盐环流可能的大幅度减弱是否会对中国气候产生显著的影响以及产生什么样的影响是一个重要的研究课题，关系到对中国气候未来演变特征的判断。前期相关的研究表明，热盐环流强度的减弱对中国夏季的气候产生显著的影响。GFDL CM2.0模式(Zhang and Delworth，2005)、HadCM3模式(Lu and Dong，2008)和BCM模式(于雷等，2010)的淡水扰动试验结果都发现，当热盐环流强度减弱时，东亚夏季风减弱，夏季季风区平均降水减小，表面气温降低。这些研究结果都是集中在对中国夏季气候影响的讨论上。一个值得注意的问题是，中国的东部大部分区域都是显著的季风区，冬、夏气候及其控制系统存在根本的差异。因此，中国冬、夏季气候对热盐环流强度减弱的响应在幅度及空间分布上是否存在显著的差异是一个值得进一步深入讨论的问题。该问题的解答对于明确未来热盐环流可能的减弱后中国冬、夏季的气候响应特征非常重要。
在热盐环流的演变机制及气候影响的研究中，淡水扰动试验是常用的一种数值模式手段(Vellinga and Wood，2002;Zhang and Delworth，2005;Lu and
Dong，2008;于雷等，2010)。通过在模式中的高纬度北大西洋人为地直接或间接加入一定强度的淡水扰动，使得热盐环流的强度产生大幅度的减弱，从而可以在模式中再现热盐环流减弱后的气候响应。而且，淡水扰动试验的设置符合根据地质重建资料得到的历史上热盐环流强度变化的情景(McManus et al.，2004)，也符合人们对热盐环流强度大幅度变化物理机制的认识(Broecker，1991)。
本文基于一个使用有别于前述工作模式的淡水扰动试验结果，对热盐环流强度减弱后中国区域冬、夏季气候的不同响应特征进行了详细的分析。
1 模式及试验设置
使用的模式为美国大气研究中心CCSM3(community climate system model version 3)的粗网格版本(T31_gx3v5)，该模式耦合了大气、海洋、海冰、陆地及动态植被模块(Yeager et al.，2006)。大气模块为CAM3(community atmosphere model version 3)，分辨率为垂直26层(混合坐标)，水平约3.75°×3.75°(经度×纬度)。陆地模块为CLM3(community land model version 3)，水平分辨率与大气相同。海洋模块为POP(parallel ocean program)的美国大气研究中心应用版本，垂直为25层(z坐标)，纬向分辨率约为3.6°，经向分辨率可变，在赤道附近约为0.9°，向高纬度渐粗。海冰模块为CSIM(community sea ice model)，水平分辨率与海洋模块相同。该模式广泛应用于不同气候态下数值模拟及敏感性试验(Otto-Bliesner et al.，2006;Otto-Bliesner and Brady，2009;Renold et al.，2009)。
淡水扰动试验使用CCSM3模式，其背景气候态为当前气候。为了在模式中得到一个稳定的控制背景场，该试验先自由积分100 a。随后300 a积分中，向
中国各季节气候对热盐环流减弱的不同响应
