大气-海洋经向热量输送机制及结构研究

The atmospheric and oceanic meridional heat transports (MHT) maintain the quasi-equilibrium of the earth climate. Previous studies have indicated that the total Earth MHT tends to be stable, regardless of the high-level varilibilities in its two components - - atmospheric heat transport (AHT) and oceanic heat transport (OHT). This implies that the global climate as a whole tends to stay steady. Investigating the mechanism of the earth system stability will unveil the determinants controlling the earth climate, cognizing the potential threshold of the earth climate variability, thus providing us clues to foresee the direction of future climate change from a macroscopic perspective. This proposal will explore the variations of the AHT and OHT, specify the Bjerknes compensation structure between the AHT and OHT changes, unveil the negative feedback processes maintaining the equilibrium earth climate, recognize the self-recovering ability of the earth climate, and understand the coupled mechanisms of the global scale atmosphere-ocean system in the energetics framework. The studies of this proposal will also provide invaluable reference in predicting the future climate change.

地球气候系统平衡态的维持决定于大气-海洋经向热量输送。很多研究表明地气系统总经向热量输送具有很好的稳定性，而其两个分量-大气经向热量输送与海洋经向热量输送则有较大变率。总经向能量输送的稳定性暗示全球气候总体而言也具有稳定性，研究地气系统热量稳定性机制将揭示控制地球气候的决定性因素，认识地球气候的变动阀值，从而能够在宏观层面把握未来气候变化的方向。本项目将研究大气及海洋热量输送的变动机制，验证大气-海洋热量输送变化之间的Bjerknes补偿关系，理解维持地球气候系统稳定性的负反馈过程，认识地球气候系统自我恢复能力，从能量平衡的角度理解全球尺度海气系统耦合机制。本项目的研究对我们科学预测未来气候变化极具参考价值。

地球气候系统平衡态的维持决定于大气-海洋经向热量输送。很多研究表明地气系统总经向热量输送具有很好的稳定性，而其两个分量-大气经向热量输送与海洋经向热量输送则有较大变率。总经向能量输送的稳定性暗示全球气候总体而言也具有稳定性，研究地气系统热量稳定性机制将揭示控制地球气候的决定性因素，认识地球气候的变动阀值，从而能够在宏观层面把握未来气候变化的方向。本项目研究内容是：揭示大气及海洋热量输送的变动机制，验证大气-海洋热量输送变化之间的Bjerknes补偿关系，理解维持地球气候系统稳定性的负反馈过程，认识地球气候系统自我恢复能力，从能量平衡的角度理解全球尺度海气系统耦合机制。经过4年的深入研究，本项目取得丰硕成果。在耦合气候系统里精确定量了经向热量输送各个分量的贡献；从理论上找到了耦合气候系统的一个本征模，即大气-海洋能量输送变化的Bjerknes补偿，发现补偿的根本机制在于局地气候反馈过程，进而提出了维系过去两万多年地球气候系统总体稳定性的“看不见的手”的概念。大气-海洋经向热量输送是全球气候变化与海气相互作用研究的一把关键钥匙，它链接了区域气候异常与全球尺度气候系统，将大洋经圈翻转流的变化与大气层顶的辐射平衡、地球系统的能量平衡有机地联系了起来。我们的工作表明虽然不排除区域气候会发生重大改变，全球总的气候具有相当强的稳定性，这暗示了气候系统具有很强的自我恢复能力，一定程度的气候漂移是可以逆转的。这种认识有助于我们客观评价大气温室气体增加导致的气候后果，从而科学预测未来气候变化。