第8章 认识大气/海洋变率耦合动力学100年进步

大气和上层海洋状态的实地观测网和再分析产品,显示了明确的从季节到年代际耦合气候变率的大尺度特征。我们通过观测分析、用各种复杂程度的非耦合和耦合大气和海洋模式进行试验及从理论发展视角,总结了这些现象及其物理含义。我们从讨论赤道热带太平洋和大西洋季节循环开始,它无疑受到了大气和海洋之间耦合的影响。之后,我们讨论仅仅因为大气和海洋之间耦合而存在的热带现象:太平洋和大西洋经向模态,太平洋上的厄尔尼诺-南方涛动(ENSO),以及大西洋类似ENSO的现象。对于ENSO,我们进一步讨论ENSO冷暖阶段之间的不规则和不对称的来源,以及ENSO对强迫的响应。北半球中纬度所有尺度变率的基础,首先是不依赖于海洋、陆地或海冰分布状态的任何变化而存在的非耦合大气变率。这些特征包括北大西洋涛动(NAO)、北太平洋涛动(NPO)和太平样北美/阿留申低压(PNA)分布;它们大多在冬季最活跃,时间谱近似于白噪声。NPO、PNA和NAO的随机变率通过湍流交换和Ekman传输在从天到年际时间尺度上驱动海洋,在年代际和更长时间尺度上通过风应力驱动。PNA是导致太平洋年代际涛动的部分原因;NAO是北大西洋类似副极地海洋涡旋现象的成因。模式方面,NAO的随机强迫还使得大西洋经向翻转环流(AMOC)的强度变率增加,它是被称为大西洋多年代涛动(AMO)的北大西洋气候多年代际距平的部分原因;充分确定AMO物理机制的观测尚不存在。我们评述过去50年里我们在认识这些现象中取得的每一个进步,以及惠及的短期(季节到年际)气候预测。最后,简要讨论将要实现的进展暂时性措施和期盼中的进展。