北太平洋风生环流对全球变暖的响应及其对大气环流反馈效应

The North Pacific ocean-atmosphere system displays an intensive coupled interaction, and plays an important role in global climate system. Previous studies found that the PNA-like wind stress forcing may cause a meridional shift of the Kuroshio jet, and then induce NPO-like atmospheric circulation anomalies, while the NPO-like wind stress may lead to an acceleration or a deceleration of the Kuroshio jet and induce PNA-like atmospheric circulation anomalies. The local air-sea coupling in the North Pacific can modulate the shift of Kuroshio from one mode to the other mode and there appears a strong positive-negative asymmetry. The North Pacific can influence tropical Pacific through four physical processes and then experience a returning negative feedback from tropics, which can weaken the atmospheric forcing in the north Pacific. These findings have formulated a preliminary new framework of the Pacific decadal climate variability. Global warming has been an indisputable fact. How will the global warming modulated the wind-driven circulation in the North Pacific and its feedback to atmospheric circulation? What are the governing mechanisms? This proposal is going to study systematically the responses of North Pacific wind-driven circulation to global warming and its feedback effects to atmospheric circulation and develop our new framework of the Pacific decadal climate variability by using a coupled ocean-atmosphere model aided with “Partial Coupling” and “Partial Blocking” modeling surgeries, and analyzing oceanic and atmospheric reanalysis data and CMIP5 coupled model outputs.

北太平洋海-气系统存在很强的耦合作用，在全球气候系统中起着重要作用。前期研究发现PNA型风应力强迫诱导黑潮流轴的南北移动并激发NPO型的大气环流异常，NPO型风应力强迫诱导黑潮加速或减速并激发PNA型大气环流异常，而北太平洋局地海-气耦合使黑潮从一种型态趋向另一种型态，且存在很强的正负不对称性。揭示了热带太平洋对北太平洋风生环流调整的四种响应机制及其对北太平洋的负反馈作用，进而减弱北太平洋的大气强迫。这些发现初步建立了太平洋气候年代际变化的一种新理论框架。全球变暖已是不争的事实。北太平洋风生环流调整机理及其对大气环流的反馈效应在全球变暖背景下发生怎样的变化？发生变化的机理是什么？本项目拟融合海洋、大气再分析资料和CMIP5耦合模式结果，借助海气耦合模式及“部分耦合”和“部分阻隔”模式技术，系统地研究北太平洋风生环流对全球变暖的响应及其对大气环流的反馈效应，拓展太平洋气候年代际变化新理论。

海洋在气候变化和预测的重要作用成为气候界的研究热点，全球变暖对天气气候的影响日益被重视。在这样背景下，本项目主要评估了CMIP5模式对北太平洋低频模态（PDO/NPGO）及其耦合关系的模拟能力，检验其耦合关系在全球增暖后的变化。从空间模态相似度、模态强度、海气耦合关系和周期等方面与观测资料分析PDO/NPGO模态的进行对比，从中优选出4个最适合研究北太平洋低频模态的耦合模式。基于优选耦合模式预估了未来中等排放（RCP4.5）和高排放（RCP8.5）情景下PDO/NPGO的空间分布、强度和周期等的变化。PDO/NPGO模态在全球变暖前后的空间分布均没有明显变化。PDO的强度在全球增暖前后变化亦不明显。PDO的周期在RCP4.5情景下变化不大，但在RCP8.5情景下明显缩短。NPGO强度在RCP4.5情景下明显减弱，而在RCP8.5情景下显著增强。NPGO周期在RCP4.5情景下变化不大，但在RCP8.5情景下明显缩短。北太平洋通过表面海气耦合影响热带太平洋气候，诱导类似El Nino事件。NPO型大气环流异常可以通过“风-蒸发-SST”反馈机制与Bjerknes正反馈机制结合诱导中部型El Nino。不同类型El Nino事件的信号起源不同：东部型El Nino事件信号多来源于热带海气耦合，而中部型El Nino事件信号多起源于北太平洋。PDO不仅是太平洋年代际气候变化的主要信号，对ENSO影响中国气候有显著的年代际调制作用。亚洲副热带急流波导对南方冬季大范围持续性强降水关键作用，也适用于气候尺度。这一点从近2年的气候预测实践中得到验证。副热带急流波导机制与El Nino有关，同时受PDO的调制。东部型El Nino年急流波导作用明显，而中部型El Nino年急流波导作用不明显。