北大西洋海表温度年代际异常对PDO的调制作用及机制研究

Some research shows that the Pacific decadal oscillation (PDO) in the sea surface temperature (SST) can modulate ENSO, thus have effect on the interdecadal variation of the East Asia summer, winter monsoon. Based on the observations, the Atlantic Multi-decadal Oscillation (AMO) in SST affects the advance 12 years on PDO, but the physical mechanism of the effect of AMO on PDO we are not very clear. This project aims to discuss the modulation effect of AMO on PDO from the interdecadal time scale, and trying to explain the physical path and mechanism. First, by using the observation data analysis, when the AMO exception will cause the gradient increased from Southern to Northern Hemisphere temperature, So, it impacts on Hadley circulation anomaly, the ascending anomaly on the tropical and descending anomaly in middle latitude, and the PDO. Secondly, by using CMIP5 model, the control experiment are chosen, with which model the PDO amplitude and cycle simulation are relatively good, So we can verify the possibility of these physical pathways and their respective contributions. Finally,on fresh water perturbation experiment, wu discuss whether the change of AMO ‘s rate and intensity makes the regulation mechanism and to elucidate the physical reasons, which helps us understand the mechanism of PDO.

研究表明太平洋海表温度年代际振荡信号（PDO）可以通过对ENSO的调节作用，从而影响东亚夏、冬季风的年代际变化。基于观测资料发现，北大西洋海温年代际振荡信号（AMO）对PDO有着重要的调制作用，存在超前12年的影响，但是AMO对PDO影响的物理机制尚不清楚。本项目拟从热带海气耦合作用与中纬度海气耦合作用两条物理途径出发，利用多种模式资料与观测资料的综合对比分析，试图说明其中的主要物理过程。首先利用观测资料分析，考察AMO异常时南北半球温度梯度的变化，Hadley环流的异常变化，以及热带风场与中纬度气压场的异常变化，探讨AMO对PDO的调制作用。其次，使用CMIP5多个模式的控制试验，通过多个模式的比较和讨论，验证以上物理途径存在的可能性，并找到关键区域。最后，利用淡水扰动实验，讨论AMO变率与强度变化时，这种调节机制是否发生改变，并阐明物理原因，从而帮助我们更好地理解PDO的变化规律。

研究表明太平洋海表温度年代际振荡信号（PDO）可以通过对ENSO的调节作用，从而影响东亚夏、冬季风的年代际变化。基于观测资料发现北大西洋海温年代际振荡信号（AMO）对PDO有着重要的调制作用，那么AMO与PDO两者之间的关系如何，就是本项目主要解决的问题。首先从观测资料入手，利用多套海温资料，对全球范围的海表温度资料分析发现，除全球变暖模态外，存在两种主要的全球尺度信号，太平洋年代际变化模态（PDO）、北大西洋型多年代际变化模态（AMO）。然后讨论了AMO与PDO的关系对气候存在显著的影响，通过对CMIP5模式资料分析，以及通过CCSM3的敏感性试验对比分析，讨论了在不同强度下的AMO对PDO影响的作用，增进了我们对这两个年代际信号的认识。.在观测的海表温度数据中AMO、PDO这两个信号可以解释除全球变暖信号外，余下50%的方差，当他们都是正位相时，对全球温度而言都有增温贡献，其中在1975-2000年全球温度增加是最为明显的时期，正是这两个信号迭加全球变暖信号的结果。2005-2015年以后全球并没有明显增温，可能与前两个模态同时下降有关。而2016年以后PDO转为正位相，全球变暖出现增暖加速的情况，确实近两年全球平均温度明显超过了历史最高值。然后又通过对CMIP5多个模式在不同情境下的资料分析发现，多模式集合可以基本模拟出与观测较为类似的空间分布，但是模拟的振幅偏弱。对于PDO的模拟，大部分模式在东太平的大值中心不能模拟出来；对于AMO的模拟，热带大西洋的数值偏弱更为明显；在周期模拟方面，可以模拟出AMO的60-70周期，以及PDO的双周期特征，但是模拟的周期显著性并不高。基于以上原因，在CMIP5模式中也不能准确地再现观测中的AMO对PDO的影响关系。在CCSM3的敏感性试验中，对比了AMO在不同振幅的强度下AMO对PDO的影响发现：AMO振幅强度较大时，北太平洋关键区会作为其中的纽带，维持和增强两个大洋的跷跷板结构，北太平洋海温增暖明显，AMO对PDO的调制作用有非常显著的影响；而AMO振幅强度处于较小阶段时，对北太平洋关键区没有显著的影响，因此两个大洋的跷跷板结构就弱，北太平洋海温增暖就弱，AMO对PDO影响就弱。以AMO对PDO的影响入手，重点讨论影响PDO变化的一个物理因素，即AMO通过大气桥对PDO影响的可能途径，为认清PDO变化的物理机制奠定基础。