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中科院大气所学者揭示不同纬度火山对太平洋海温的影响
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2018-08-14 | 【 【关闭】

  火山活动是引起全球气候变化的重要自然因子,在过去千年气候变化中起着主导作用。火山爆发后产生的硫酸盐气溶胶会进入平流层低层,减少到达地面的太阳短波辐射,产生冷却作用。火山作为一种影响气候的重要自然强迫因子而备受关注。

  自1980年代以来,科学界开始注意到火山爆发与厄尔尼诺现象之间具有紧密的统计关系。由于厄尔尼诺是气候内部变率最重要的模态之一,它能够通过大气遥相关影响全球气候,因此,研究火山活动对厄尔尼诺的影响具有重要意义。

  近年来,有诸多对模式模拟和重建资料的分析指出火山爆发会改变热带太平洋海温梯度,但其物理原因并不清楚。最近,中国科学院大学、中国科学院大气物理研究所博士研究生左萌与其导师周天军研究员、第二导师满文敏副研究员,通过对气候模式结果的分析和进行敏感性数值试验,指出不同纬度的火山会对热带太平洋海温产生不同的影响。具体说来,在北半球和热带火山爆发的5至10个月后,赤道太平洋呈El Ni?o型响应,次年冬季Ni?o3指数达到峰值。北半球(热带)火山爆发造成的暖异常主要集中在赤道中东太平洋(赤道东太平洋)。而南半球火山爆发后,赤道东太平洋的暖海温异常较弱,且相较其他两类火山爆发,这一暖海温提前4个月达到峰值。进一步地,他们提出了不同海温响应火山气溶胶强迫的机理:在火山爆发后,热带辐合带(ITCZ)的移动导致的信风减弱只适用于解释北半球火山爆发引起的海温异常,而通过“海洋动力恒温机制”触发的西太平洋西风异常能更好地解释这三类火山爆发后的不同海温响应。

  “这一工作的价值之一在于使用了多集合成员模拟来研究过去千年火山强迫造成的气候响应,多集合样本有助于有效提取火山强迫信号而抑制噪音;CESM Last Millennium Ensemble的多成员单独火山强迫试验为火山活动气候响应的研究提供了有力的工具。此外,我们还分别对三类火山造成不同海温型的机制提供了一种合理的解释,这有助于进一步理解不同纬度火山影响热带太平洋海温的不同过程”,该文第一作者左萌说。“关于火山爆发对太平洋海温梯度影响的研究依然面临模式间结果不确定性大的问题,这一不确定性主要来源于模式中用于驱动模式的火山气溶胶资料强迫场、模式偏差和火山爆发时初始态的不同。为了更好地理解模式不确定性的来源,未来耦合模式比较计划CMIP6中的火山气候影响科学计划VolMIP设计了若干组理想化的火山扰动试验,可以用来评估耦合模式可以在何种程度上模拟火山强迫下的气候响应,并找出造成模式间响应差异的原因。未来有必要进一步利用大量的模拟试验来揭示不同火山强迫下太平洋海温的响应及其机制。”该文通讯作者满文敏副研究员最后强调。

  上述成果近日在Journal of Climate杂志发表。

  关键词:火山爆发 太平洋海温 海洋动力恒温机制

  参考文献:

  Zuo Meng, Wenmin Man*, Tianjun Zhou, and Zhun Guo, 2018: Different impacts of Northern, Tropical and Southern volcanic eruptions on the tropical Pacific SST in the last millennium. Journal of Climate, 31, 6729-6744. https://doi.org/10.1175/JCLI-D-17-0571.1 

  https://journals.ametsoc.org/doi/10.1175/JCLI-D-17-0571.1 

图1. 不同纬度火山爆发后热带太平洋(10°S-10°N)平均海表面温度(单位:°C)和850hPa风(单位:m*s-1)异常的空间分布(去除纬向平均后)以及纬向平均海温的响应。 (a) (d) 北半球火山;(b) (e) 热带火山;(c) (f) 南半球火山。

图2. 三类火山爆发后热带西太平洋和东太平洋海表面温度随时间的演变。 (a) 北半球火山;(b) 热带火山;(c) 南半球火山。

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