降低大西洋经向的年代际变化全球变暖下的翻转环流降低大西洋经向的年代际变化全球变暖下的翻转环流外文翻译资料

 2022-12-05 16:46:54

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降低大西洋经向的年代际变化全球变暖下的翻转环流

【摘要】

大西洋经向翻转的年代际变化循环(AMOC-IV)对气候变化有重要作用并且对社会也产生了重大影响。过去的气候重建表明大西洋经向翻转的年代际变化循环可能已经发生了很大的变化。尽管以前的一些研究，对大西洋经向翻转的年代际变化循环和全球响应气候变暖仍不清楚，特别是关于它的振幅和时间尺度。在这项研究中，我们分析了在大西洋经向翻转的年代际变化循环响应下未来全球变暖的多个模型和各种方案，发现了大西洋经向翻转的年代际变化循环时间是越来越短的增强全球变暖。从目前的气候条件到最强的未来气候变暖的情况下，平均大西洋经向翻转的年代际变化循环的主要时期从50年缩短到20年，且幅度减小60%。这些减少的周期和振幅对于大西洋经向翻转的年代际变化循环增加了海洋分层联合国在全球逐渐变暖和的速率，反过来，海洋斜压加速罗斯贝波。

作为一个调制器的低频气候变化，在过去北大西洋地区的年代际变化和大西洋经向翻转环流有可能发生了显著的变化。尽管过去努力，但我们对全球变暖的响应和大西洋经向翻转的年代际变化循环仍保持不清楚，特别是关于振幅和周期对大西洋经向翻转的年代际变化循环。

在这里，我们探讨大西洋经向翻转环流的年代际变化对未来全球的响应，在国家的最先进的耦合模式比较项目下，我们在AMOC—四未来的预测变暖的情况下的模拟具有代表性，通过不同浓度的途径（垃圾站，即，rcp26，rcp45，rcp60，和rcp85；模型试验等），在工业化前的大西洋经向翻转的年代际变化循环控制系统等。在五个模型选择的基础上，每个都至少有两个足够长的RCP模拟到2300年。两个或两个以上的RCP模拟各模型，我们可以评估大西洋经向翻转环流的年代际变化响应间的差异以及合理的统计学意义不同的场景。在PI模拟模型提供重要大西洋经向翻转环流的年代际变化情况下，表现出了强大的时间变化。在未来的全球变暖情况下，降低AMOC运输，从而减少集合平均5% rcp26的质量，如今在2100年–2300年 rcp85减少 48%，质量随着气候定性变化。

【关键词】

大西洋经向翻转环流的年代际变化、全球变暖、海洋分层、罗斯贝波

【正文】

在未来全球变暖，大西洋经向翻转环流的年代际变化也产生了强大的变化，其主要周期缩短。这相比分析较长的窗口或使用整个时间序列中的PI的模拟，可以提供一个合理的200-y窗口对大西洋经向翻转环流的年代际变化显性特征估计。我们第一次过滤出来的AMOC的长期背景变化在RCP模拟使用方法amoc-iv经验模式分解。针对全球气候变暖，大西洋经向翻转环流的年代际变化明显改变了所有的相对PI仿真模型。与全球变暖加剧如rcp26到rcp85，amoc-iv往往有一个较短的周期和较小的振幅，尤其是变暖情景，这是最能看到的清晰的大西洋经向翻转环流的年代际变化功率谱的集合平均。类似的结果也可以发现，一个简单的运行可以用来去除长期AMOC的变化。随着全球变暖的加剧，该专业的集合平均段amoc-iv在PI仿真在rcp26，rcp45，rcp60，和rcp85从57Y下降54 Y、45 Y、29 Y、15 Y。对于每一个场景，这总体平均方法如下。首先，在每个单独的模型中获得主要时期；第二，获得所有的不同模型的主要周期平均。相比交叉模型在PI模拟评估抽样误差amoc-iv时期中（42minus;72 Y），在变暖情况加强下，amoc-iv（rcp60和rcp85）有统计学意义。

大西洋经向翻转环流是关键气候系统的组成部分，它的年代际变化显示着北部大西洋地区调节着气候变化。我们发现了一个强大的缩短期间，在响应amoc-iv幅度下减弱未来全球变暖，这可能有助于增加海洋分层，反过来，罗斯贝波支柱的加速比扩展。这一发现对amoc-iv机理也揭示了不同背景下气候和全球气候变暖的响应，因此，这个应该有助于我们的理解显着和未来气候变化的预测。

图1交叉模式集合了amoc-iv的平均年代际变化从模拟和在预计全球变暖的情况下，这个集合平均功率谱的amoc-iv曲线模型在该预计全球变暖情景（rcp26，rcp45，rcp60，和rcp85）黑色，蓝色，深绿色，棕色，红色的再—性。每一个以上的垂直线表示了跨模型的SD卡。

amoc-iv的振幅变化往往会加剧气候变暖减少。电动汽车在amoc-iv之间的方差比集合平均识别全球变暖情景下低。EN约7%，24%，43%的方差比的降低似乎是说 rcp26，rcp45，rcp60，和rcp85平均在10–100Y时期amoc-iv振幅也显示强劲的下降趋势。

在全球变暖情况下也可以看到每个单独的模型，但有一个比在跨模型中更大的传播，特别是在变暖的情况下的场景。每一个单独的模型的大的扩展预期，因为强大的内部变异采样200-y窗口，在弱变暖情景下（rcp26和rcp45），amoc-iv的反应可以被扭曲内部变化。然而，在缩短周期和amoc-iv幅度减弱明显走强和气候变暖情况下，甚至在个别模型（超过抽样误差来自PI仿真—关系）情况下，无论是每个单独的模型对amoc-iv变化不同下，或者在变暖的情况下，图3所示认为，在模型中，有一个系统的趋势越来越强大，伴随着较长的amoc-iv，振幅和周期的变化之间的相关性是高达0.7以上，高于99%的显著水平（反之振幅增加71%至33%的平均值以及周期从12年增加到70年）。

气候变暖是在几个一致的建模研究发现的，amoc-iv时间规模有明显改变，基于过去对amoc-iv未来全球变暖的时间尺度的气候重建的反应，我们的知识边缘，还没有进行系统的研究。

有趣的是，在对比中显示着amoc-iv弱化，在年际时间尺度的变化振幅中没有明显的趋势。这似乎表明，动力学的振幅AMOC的变化在不同时间尺度对amoc-iv弱化不是简单的弱化。

已提出了各种机制的成因amoc-iv（见文献综述，1和13–17）。amoc-iv已经提出了由大气随机变化产生、行星波不稳定性，或热不稳定。对amoc-iv振荡行为提出了与相位滞后之间的盐和热平流—方法，纬向与经向温度梯度对罗斯贝波和经向密度梯度的流振荡器流通量有延迟。在许多以前的作品中，也有对amoc-iv时间尺度的模拟。

图2是对amoc-iv和斜压罗斯贝波的集合平均变化和对每一个预测的全球变暖的情况下的模拟。（一）对amoc-iv主要时期（黑点）和第一时间在高纬度北大西洋尺度斜压罗斯贝波的传播（红点）。（二）amoc-iv的振幅比（蓝点）和第一斜压罗斯贝波（棕色）。（三）在为（10minus;100 年）的年代际尺度AMOC的平均变化的振幅之比（绿色），及时间尺度（紫色），每一个点上的垂直线显示了交叉SD型。

我们的初步分析表明，amoc-iv全球变暖充分反应不能解释简单的以前的机制。例如，在全球变暖下，有既不是一个显著的向北转移的对流中心也有无显著变化的北极海冰，特别是在强劲的全球变暖下，经透射电镜下，北大西洋温度梯度增加，但小于43%。如果它是重要的，隐含的罗斯贝波热加速比，是远远不够解释amoc-iv的主要时期减少28%。因此，需要一个系统的研究来充分了解amoc-iv对全球变暖的响应。

为amoc-iv响应选了一个候选机制，我们建议是用海洋的斜压罗斯贝波。AMOC的变化是由北大西洋洋密度场的调整时间尺度流域完成，主要在盆地特别是在高纬度地区传播罗斯贝波。随着全球变暖，海洋分层预计将有一个较弱的变暖与深度，在一个更强的变暖的情况分层增强。一个更强大的分层导致更快的，潜在的，短段斜压罗斯贝波。

图3在 amoc amplitudes期和从模拟PI预计中每个个体在全球变暖的情景模式下，一个特定的颜色用于每个模型，一个独特的标记用于每个实验。在每个个体的模型中PI错误的采样点在amoc有四大周期和振幅，这是衍生为SD的专业amplitudes在200Y Windows的模拟。

在这里，所有的amoc-iv模型中密度异常主要发生在高纬度北大西洋地区。全球变暖增加海洋分层，反过来，浮力频率在北大西洋的高纬度海洋上，这反映了计算在不同场景下的每一个模型斜压罗斯贝波的加速度，。

速度计算从一个线性化的特征值问题到与浮力频率来自面积平均高剖面—北大西洋纬度的准地转涡方程。特征值的显著特征是随着全球变暖加剧波速度增加，而本征函数结构保持不变。增加波速则降低了罗斯贝波在集合平均波速视的跨流域时间尺度。这种跨流域时间尺度的减少在很大程度上是随着amoc-iv周期缩短的主要性。这种波的计算，虽然很随机，但是结果一致，缩短了可由在中间的斜压罗斯贝波的传播速度加强分层主要的amoc-iv周期，即北大西洋的纬度和高度。

amoc-iv弱化的机制似乎更复杂，这种弱化似乎并没有引起大气随机强迫的弱化，因为在全球变暖下大气强迫amoc-iv的振幅几乎保持不变，比如在北大西洋的振幅振荡，是占主导地位的。amoc-iv的弱化也在更高的频率中变化对比，尤其是在年际时间尺度下，AMOC在全球变暖的信号中表现出不太明显的弱化，进一步的研究需要了解全球变暖的振幅响应。在这里，我们推测的两种机制，可能有助于amoc-iv弱化，都对罗斯贝加速产生影响。首先，在非常低的频率变化下，可以假设一个准固定的海洋大气响应强迫，然后，斜压罗斯贝波的振幅响应是与其波速度成反比的，因此跨流域时间尺度的结果是，振幅衰减与罗斯贝波的加速响应全球变暖。这解释了在全球变暖斜压罗斯贝波方差比的减少，这类似于通过从PI仿真rcp85 60%中amoc-iv振幅的降低。其次，对amoc-iv弱化也可以解释一个非线性时滞振荡器的观点。罗斯贝波加快，负反馈的延迟时间减少，所以延迟的负反馈成为直接阻尼，因此降低了瞬时增长率；反过来，振幅amoc-iv减少。

我们的研究表明，amoc-iv振幅减弱，未来周期缩短，全球变暖，这些反应可能是海洋分层加强，反过来，斜压罗斯贝波加速。我们的研究结果揭示了年代际变化和全球变暖可能会帮助我们证明气候变化预测未来的年代时间尺度。

模型与实验 我们分析了19个实验，从五个模型、模拟档案和每个实验的一个特质（PI）控制仿真未来气候变暖情况下，在1850年PI仿真使用固定的强迫。未来全球的四个模拟是气候变暖的情况下，被迫按照rcp26，rcp45，rcp60，和rcp85执行的。所有潜在的密度和压力在海平面中取样。分析前，不同时期的RCP仿真用于EMD（2100–2300期），运行的平均值方法（2050–2250期），各阶段的整个周期模型使用，年平均数据被用于所有的分析。

AMOC强度的定义。AMOC的强度定义为在大西洋500米以下最大的流函数。

年代际变化的识别。年代际变率的确定是在不同变暖的模拟中在滤波后的功率谱傅立叶变换的应用，当超过100 年的变异性的情况下，长期趋势与EMD方法除去。

功率谱分析和amoc-iv。长PI的主要振幅周期仿真分为150-y覆盖在200-y Windows上。

相邻窗口。每个200-y窗口的功率谱计算与实验结果比较，得出RCP的意思。

交叉窗口集合平均功率谱（为200-y窗口）可以捕捉来自长窗，包括整个时间序列amoc-iv的主要时期（约70或更短）。这意味着，在某些情况下大多数的200-y窗口是足够为主导功能的检测，在amoc-iv的主要时期，在年代际尺度分辨率为较低的方差。

每个场景的平均功率谱进行归一化后为每个模型模拟的谱峰，所以每个变暖的情况下，方差比是不同模型之间的性质。

对于每一个模型，一个RCP的主要周期和振幅amoc-iv模拟是由2100 200-y窗谱峰的定义的，而那些用于对所有的200-y窗谱模拟是作为计算的，而不是整个的谱模拟（虽然这两个是相似的）。交叉模型集合平均谱是不同模型的光谱的平均值。

致谢。我们感谢博士H. J. Yang，K. Fraedrich，H. Dijkstra，和X - Y深有价值的讨论，和博士Y. G. Liu和W. Zhang地球物理流体动力学实验室对他们有用的意见手稿的早期版本。我们承认世界气候—搜索方案工作组的耦合模拟，我们感谢气候生产和制造模型输出的建模组。这项工作是由中国国家重点基础研究项目。

【参考文献】

1. Latif M, et al. (2006) A review of predictability studies of Atlantic sector climate on decadal time scales. J Clim 19(23):5971–5987.

2. Frankignoul C, et al. (2013) The influence of the AMOC variability on the atmosphere in CCSM3. J Clim 26(24):9774–9790.

3. Enfield DB, Mestas-Nunez AM, Trimble PJ (2001) The Atlantic Multidecadal Oscillationand its relation to rainfall and river flows in the continental U. S. Geophys Res Lett28(10):2077–2080.

4. Folland CK, Palmer TN, Parker DE (1986) Sahel rainfall and worldwide sea temperatures, 1901–85. Nature 320:602–607.

5. Sutton RT, Hodson DLR (2005) Atlantic Ocean forcing of North American and Euro-pean summer climate. Science 309(5731):115–118.<!--

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