一类可以导致大西洋经圈翻转环流多年代际变化的海表温盐异常—模式依赖性研究

Both the local and global climate are influenced significantly by the Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC). The study on the stability and multidecadal variability of AMOC plays an important role to deepen our knowledge of the global climate change and to improve the forecast skill of climate variability. In the previous studies, the physics of AMOC multidecadal variability has been studied using the optimal initial anomalies of sea surface temperature and salinity. However, the model dependence of the conclusions has not been investigated. In this study, a model with intermediate complexity and the Conditional Nonlinear Optimal Perturbation (CNOP) method will be used to calculate the optimal initial anomalies of sea surface temperature and salinity and to analyze the physics of the resulting AMOC multidecadal variability. The work will include three main aspects: 1) The optimal initial anomalies of sea surface temperature and salinity will be calculated, to decide the key area influencing significantly the future AMOC intensity; 2) The resulting multidecadal variability of AMOC will be investigated to evaluate the upper bound of the response of the AMOC intensity; 3) The model dependence of the patterns of the optimal initial anomalies, the resulting multidecadal variability and the involving physics will be addressed by comparing with the previous studies.

大西洋经圈翻转环流（AMOC）的多年代际变化对局地和全球的气候有重要的影响。开展AMOC的稳定性和多年代际变化研究，对加深全球变化的认识及提高气候变率的预报技巧有重要的意义。前人尝试通过在数值模式中计算最优初始海表温盐异常来研究AMOC的多年代际变化，获得了有意义的结论，但无法确定其结论是否依赖于所用的数值模式。本项目拟基于一个中等复杂程度的模式PGOM，利用条件非线性最优扰动方法，计算最优初始海表温盐异常，并分析其导致的AMOC多年代际变化的特征和机制。该项目主要包含三个方面的内容：1）获得最优初始海表温盐异常，确定对未来AMOC强度影响最为显著的关键区域；2）分析温盐异常导致的多年代际变化，评估AMOC强度变化的上界，分析多年代际变化的机理，尤其是其中非线性过程（对流和非线性密度平流）的作用；3）通过与前人研究结论的对比，分析最优异常的结构、多年代际变化的特征及机理的模式依赖性。

大西洋经圈翻转环流（AMOC）的多年代际变化对局地和全球的气候有重要的影响，因此开展AMOC的多年代际变化研究，对加深全球变化的认识及提高气候变率的预报技巧有重要的意义。本项目采用条件非线性最优扰动方法，获得了最优初始海表温度（SST）和海表盐度（SSS）异常，研究了异常导致的AMOC多年代际变化的特征和机制，并与前人的工作进行对比，阐述了异常的结构和多年代际变化的特征及机制是否依赖于所使用的模式。（1）本项目首先基于一个中等复杂程度的海洋模式PGOM，建立了适合计算条件非线性最优扰动的非线性优化系统；（2）获得了最优初始SST和SSS异常，该异常的主要信号位于北大西洋的西北侧，表明此处的SST和SSS异常对未来AMOC的强度变化影响较大；（3）SST和SSS异常导致AMOC的强度在30年后衰减了1Sv，然后呈现了周期约为30年的多年代际振荡；多年代际变化的主要特征可以由热成风机制或密度Rossby波机制来解释；在各非线性项中，非线性垂向温度平流的影响最为显著，非线性水平温度平流的贡献次之；（4）当海表热通量采用恢复边界条件时，海表热通量的异常是造成与通量边界条件下AMOC响应特征差别的主要原因，并由此提出了一个新的机制对恢复边界条件下AMOC的响应特征进行解释；（5）评估了多种对流参数化方案对最优初始SST和SSS异常以及AMOC多年代际变化的影响，发现SST和SSS异常及其导致的AMOC强度变化对不同的对流参数化方案的选择不敏感；（6）通过与前人工作进行对比，发现最优初始SST和SSS异常不存在模式依赖性，AMOC多年代际变化的特征存在模式依赖性，多年代际变化的线性机制不存在模式依赖性，但非线性机制存在模式依赖性。本项目的研究可为大西洋地区目标观测提供参考，相关的机制研究也加深了对AMOC多年代际变化的认识。