估计变动气候中大气和海洋经向热量输送

气候系统准平衡态的维持决定于大气－海洋的经向热量输送。总经向热量输送的一个最显著特征就是向两极的输送量关于赤道反对称，尽管海洋输送是非对称的。对这一基本问题的深入研究有可能揭示一些气候系统的关键约束因素，这些约束因素将减少复杂气候系统的自由度或不确定性，使得我们能以更简洁的方式理解气候系统及其变化。在变动气候中，大气－海洋经向热量输送的变化以及这二者之间可能存在的"Bjerknes补偿"关系的研究，是目前气候变化研究领域前沿课题之一。"Bjerknes补偿"假说还未从观测资料中证实，其成立与否尚待广泛而深入研究。其所暗示的大气－海洋经向热量输送的协同变化揭示了海气系统的一个耦合方式，将极大增进我们对复杂气候系统变化的理解。

气候系统准平衡态的维持决定于大气-海洋的经向热量输送。本项目利用多个复杂耦合气候模式，通过设计多套敏感性试验，详细研究了如下几个问题：(1)决定大气-海洋经向热量输送半球反对称的主要因素；(2)地球总经向热量输送在大气-海洋中的分配；(3)平均环流、中小尺度涡旋和微尺度混合过程对总经向热量输送的各自贡献；(4)气候系统内部变率中，大气-海洋热量输送的变化之间是否存在所谓的Bjerknes补偿；(5)在外强迫影响下的气候系统，大气-海洋经向热量输送的变化之间是否存在Bjerknes补偿。在本项目支持下，目前已发表2篇论文，4篇论文已投稿，还将完成4-6篇论文。. 通过两组理想的水球试验，研究了大气-海洋经向热量输送的稳定性问题。尽管水球世界的海洋环流与现实世界有巨大差异，但总的经向热量输送及其在大气和海洋之间的分配依然保持稳定。中小尺度的涡旋和耗散引起的经向热量输送部分抵消了大尺度环流引起的经向热量输送，尤其在中纬度起着重要作用。只要地球轨道参数及行星反照率保持不变，经向热量输送就不会有明显变化。. 通过多组长的控制试验、淡水试验及风扰动试验，研究了大气-海洋经向热量输送变化之间的Bjerknes补偿关系。首先，检查了一个过去2.6万年以来的瞬变模拟，在这么长的尺度上，在全球大部分纬度上，大气和海洋热量输送的变化基本是反向并且互补的。其次，检查了几组基于现代气候的2000年耦合试验，Bjerknes补偿从赤道到北半球中高纬度均非常有效。第三，通过淡水试验和风扰动试验，检查了气候系统从一种气候态向另一种气候态转变的过程中，大气-海洋的热量输送变化之间基本也是实时相互补偿，在中低纬度带Bjerknes补偿关系最佳，从而维持了地球总的经向热量输送不变。在大气-海洋经向热量输送的相互调整过程中，海洋的经向翻转流特别是大西洋经向翻转流扮演了极其重要的角色。海水经向质量输送超前于其经向热量输送，后者又超前于大气经向热量输送，大气对海洋变化响应快速，这些因素是Bjerknes补偿成立的根本原因。